что такое твс на аэс
Тепловыделяющая сборка
Тепловыделяющая сборка (ТВС) — машиностроительное изделие, содержащее ядерные материалы и предназначенное для получения тепловой энергии в ядерном реакторе за счёт осуществления контролируемой ядерной реакции.
Обычно представляет собой четырёхгранный (PWR) или шестигранный (ВВЭР) пучок ТВЭЛов длиной 2,5—3,5 м (что примерно соответствует высоте активной зоны) и диаметром 30—40 см, изготовленный из нержавеющей стали или сплава циркония (для уменьшения поглощения нейтронов).
Твэлы собираются в ТВС для упрощения учёта и перемещения ядерного топлива в реакторе. В одной ТВС обычно содержится 150—350 твэлов, в активную зону реактора обычно помещается 200—450 ТВС.
Содержание
Мировые поставщики ТВС [1] [2]
Российские ТВС
ТВС реакторов ВВЭР-440
ТВС ВВЭР-440 состоит из пучка твэлов, головки, хвостовика и чехла. Твэлы в пучке расположены по треугольной решётке и объединены между собой дистанционирующими решётками «сотового» типа, закреплёнными на центральной трубе, и нижней опорной решёткой, закреплённой на хвостовике. Головка и хвостовик ТВС жестко по шестигранной поверхности соединены с чехлом, являющимся несущим элементом конструкции. Пучок состоит из 126 твэлов.
ТВС альтернативной конструкции с жёстким каркасом, формируемым шестью уголками и дистанционирующими решётками. Главный упор был сделан на увеличение глубины выгорания, повышение эксплуатационной надёжности и усиление изгибной жёсткости ТВС. Выполненная модернизация сборок позволила продлить срок их эксплуатации до 4-5 лет, а также предоставила возможность работать в манёвренном режиме (суточное изменение мощности энергоблока).
ТВСА-АЛЬФА
Эволюционное развитие базовой конструкции ТВСА. ТВСА-АЛЬФА комплектуется восьмью дистанционирующими решётками увеличенной высоты с оптимизированной геометрией ячейки, твэлами с оболочкой меньшей толщины и таблетками без отверстия.
ТВСА-T
ТВСА с сокращенным до восьми количеством дистанционирующих решёток. Модификация ТВСА для поставок на АЭС «Темелин» (Чехия) для замены топлива американской компании «Вестингауз».
ТВСА-У
ТВСА с удлиненной активной частью.
ТВСА-PLUS
Разрабатываемая конструкция ТВСА рассчитанная на эксплуатацию в 18-месячном топливном цикле при работе на мощности 104 % от номинальной.
Бесчехловая ТВС третьего поколения. Технический проект кассеты базируется на опыте эксплуатации комплекса кассет второго поколения и технических решениях воплощенных в кассетах ВВЭР-1000 (ТВСА и ТВС-2)
ТВС реакторов ВВЭР-1000
ТВС ВВЭР-1000 представляет собой активную конструкцию из 312 твэлов, закреплённых в каркасе из 18 направляющих каналов, 15 дистанционирующих и одной нижней решётки.
Концевые детали ТВС служат для фиксации кассеты в установочных гнёздах активной зоны. Верхняя концевая деталь (головка) обеспечивает взаимодействие с внутрикорпусными устройствами реактора и поджатие ТВС от всплытия, а также разъёмное соединение с каркасом ТВС. Нижняя концевая деталь (хвостовик) обеспечивает заданное местоположение кассеты в активной зоне, а также организацию протока теплоносителя.
Основные конструктивные особенности отечественной конструкции ТВС связаны, прежде всего, с формой её поперечного сечения. В отличие от мировых аналогов, базирующихся на прямоугольной форме, ТВС ВВЭР-1000 имеет гексагональное (шестигранное) сечение. При прочих равных условиях гексагональная форма ТВС обеспечивает более высокую однородность поля расположения твэлов и гарантирует сохранность ТВС во время транспортно-технологических операции при её изготовлении и при эксплуатации на АЭС.
В отличие от штатной ТВС ВВЭР-1000 каркас УТВС изготовлен из циркония, а не из нержавеющей стали. В УТВС в качестве выгорающего поглотителя используется оксид гадолиния, равномерно распределённый по объёму топливных таблеток нескольких твэгов (твэлы с гадолинием). УТВС — разборная ТВС, то есть, при обнаружении негерметичного твэла кассету можно отремонтировать, заменив поврежденный твэл на герметичный.
УТВС разработана в ОКБ «Гидропресс» совместно с ОАО «ТВЭЛ».
ТВС с жёстким каркасом, образованным приваркой двенадцати дистанционирующих решёток к направляющим каналам. Является эволюционным развитием конструкций предшествующих бесчехловых ТВС (ТВС-М, УТВС), по сравнению с которыми в неё не добавлено ни одного нового элемента. Все новые качества получены путём применения положительно зарекомендовавших себя в эксплуатации решений, усовершенствования конструкции отдельных составляющих элементов.
Разработка ОКБ «Гидропресс» (г. Подольск, Московская область). Эксплуатация ТВС-2 ведется с 2003 года на Балаковской АЭС. В 2007 году все блоки Балаковской АЭС переведены на ТВС-2. В 2007 году на этот тип переведен энергоблок № 1 Волгодонской АЭС.
ТВС-2М
Модификация ТВС-2, в ТВС-2М укорочены концевые детали и, соответственно, удлинен топливный столб активной зоны, вниз на 100 мм и вверх на 50 мм и введена 13-я решётка внизу, которая закрепляет пучок в зоне гидродинамической нестабильности. Дополнительно оптимизированы дистанционирующие решётки для уменьшения гидродинамического сопротивления. Назначение ТВС-2М — 18-месячный топливный цикл. В эксплуатации с 2006 года (энергоблок №1 Балаковской АЭС). На работу с ТВС-2М переводятся энергоблоки, работавшие на ТВС-2: энергоблоки №1-4 Балаковской АЭС, энергоблок №1 Ростовской (Волгодонской) АЭС. Энергоблок №2 Ростовской АЭС пущен с активной зоной, полностью скомпонованной из ТВС-2М. ТВС-2М является прототипом для ТВС АЭС-2006.
ТВС реакторов PWR
ТВС-квадрат
«ТВС-Квадрат» — проект ОАО «ТВЭЛ» по созданию топлива для реакторов АЭС западного дизайна. В конструкции «ТВС-Квадрат» для реакторов PWR используется топливо из диоксида урана с обогащением по U-235 до 5 % с добавкой гадолиния.
ТВС реакторов РБМК
В каждую сборку входит 18 стержневых твэлов. Оболочка твэла заполнена таблетками из двуокиси урана.
Тепловыделяющая сборка (ТВС) ядерного реактора: освещаем по порядку
Чехол свежего топлива (видны головки тепловыделяющих сборок «нержавеющих» ТВС)
Тепловыделяющая сборка (ТВС) — машиностроительное изделие, содержащее делящиеся вещества и предназначенное для получения тепловой энергии в ядерном реакторе за счёт осуществления управляемой ядерной реакции.
Обычно представляет собой четырёхгранный (PWR) или шестигранный (ВВЭР) пучок ТВЭЛов длиной 2,5—3,5 м (что примерно соответствует высоте активной зоны) и диаметром 30—40 см, изготовленный из нержавеющей стали или сплава циркония (для уменьшения поглощения нейтронов).
Твэлы собираются в ТВС для упрощения учёта и перемещения ядерного топлива в реакторе. В одной ТВС обычно содержится 18 (РБМК), 90-313 (ВВЭР) твэлов, в активную зону реактора обычно помещается 163—1693 ТВС.
ТВС других стран
ТВС-W — обобщённое название для ТВС ВВЭР производства компании Вестингауз (Westinghouse), которые эпизодически поставлялись на АЭС Ловииса Финляндия (с ВВЭР-440), АЭС Темелин (Чехия) и на Южно-Украинскую АЭС (обе с ВВЭР-1000). Во всех случаях топливные сборки имели разную конструкцию.
После больших проблем с надёжностью эксплуатации на АЭС Темелин (отказ-недоход 51 «регулирующего стержня» из 61 шт. до концевиков низа в 2007 г. на АЭС Темелин из-за изгиба направляющих каналов в ТВС-W) топливо было выгружено досрочно и эксплуатирующей организацией АЭС Темелин проведён тендер, по результатам которого с 2010 года ТВС-W были заменены на ТВСА. Среди основных недостатков специалисты отмечают недостаточную жёсткость ТВС-W.
Эксплуатирующей организацией украинских АЭС НАЭК «Энергоатом» в 2008 году был заключен контракт на поставку в 2011—2015 гг. не менее 630 ТВС-W2 на минимум на 3 энергоблока с ВВЭР-1000. В настоящее время 42 сборки проходят опытную эксплуатацию на Южно-Украинской АЭС.
Ссылки
Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону, возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения.
Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.
Ядерное горючее — разбираемся основательно
ТВС (тепловыделяющая сборка)
Общая информация
| Кинетическая энергия осколков деления | 162 | 81% |
| Кинетическая энергия нейтронов деления | 5 | 2,5% |
| Энергия γ-излучения, сопровождающего захват нейтронов | 10 | 5% |
| Энергия γ-излучения продуктов деления | 6 | 3% |
| Энергия β-излучения продуктов деления | 5 | 2,5% |
| Энергия, уносимая нейтрино | 11 | 5,5% |
| Полная энергия деления |
|---|
kak_eto_sdelano 
В конструкции ТВСА реализованы следующие технические решения:
Пучок ТВЭЛов набран из 312 ТВЭЛов цилиндрического типа диаметром 9.1 мм, расположенных в углах правильной треугольной сетки с шагом 12.75 мм. Дистанционирование ТВЭЛов осуществляется с помощью пятнадцати ДР сотового типа из сплава Э110, конструктивно аналогичных ДР серийных ТВС ВВЭР-1000, но оптимизированных по величине усилия протаскивания ТВЭЛов через ячейки ДР за счет уменьшения поверхности контакта ТВЭЛа с ДР и уменьшения натягов в системе «ТВЭЛ-ячейка ДР». В каждой ячейке решетки вместо одной из трех жестких дистанционирующих выштамповок предусмотрена поджимающая ТВЭЛ пружинка. Для исключения деформации ДР в осевом направлении при радиационном «росте» ТВЭЛов каждая ДР в местах проходок НК подкреплена втулками. Закрепление ТВЭЛов для предохранения от осевых перемещений произведено в перфорированной плите хвостовика ТВСА с помощью нижних заглушек ТВЭЛов, рассеченных в продольном направлении. В сборке ТВСА применяются гладкостержневые ТВЭЛы, разработанные на основе серийного ТВЭЛа для ТВС ВВЭР-1000.
Отличия ТВЭЛа ТВСА от ТВЭЛа штатной ТВС:
Возможна замена части ТВЭЛов на ТВЭГИ с оксидным выгорающим поглотителем. Геометрические характеристики ТВЭГов совпадают с геометрическими характеристиками ТВЭЛов.
Центральная пружина и 15 прижимных пружин поджимают центральный шток головки, демпфируя ПС СУЗ при аварийном сбросе, а три пружины удерживают головку ТВСА в зацеплении с нижней плитой блока защитных труб (БЗТ). Для транспортировки ТВСА и исключения углового рассогласования между направляющими каналами и каналами БЗТ на головке ТВСА имеются две шпонки. Головка ТВСА крепится к направляющим каналам при помощи гаек. Демонтаж этих гаек позволяет снимать головку с направляющих каналов в случае ремонта ТВСА при разгерметизации ТВЭЛов. Для поддержания верхней части НК и организации проходки НК в головке ТВСА, а также закрепления головки на направляющих каналах, циркониевая труба вверху переходит в стальную втулку. Для повышения точности замеров температуры теплоносителя на выходе из ТВСА в головке сделаны 6 отверстий Ж 8 мм, а в ЦТ сделана перфорация, которая устраняет протечки «холодной» воды по ЦТ и позволяет снимать тепловыделение со сборок КНИ.
Одним из методов контроля состояния активной зоны является определение подогревов теплоносителя в ТВС. В системе ВРК реактора ВВЭР-1000 регистрируются температуры теплоносителя на выходе из 95 ТВС с помощью термопар, установленных в верхней части головки ТВС. Конструктивно штатные ТВС и конструкция БЗТ обеспечивают циркуляцию теплоносителя вблизи термопар следующим образом:
После выхода из пучка ТВЭЛ основная часть теплоносителя поступает в участок между головками ТВС, а часть теплоносителя поступает в верхнюю часть головки ТВС через отверстия верхней плиты головки ТВС в область размещения термопар. В верхнюю часть головки ТВС поступают также протечки теплоносителя по НК и центральной трубке. Указанная часть расхода теплоносителя может иметь пониженную температуру по сравнению с температурой теплоносителя, поступающего в верхнюю часть головки ТВС после выхода из пучка ТВЭЛ, что приводит к занижению показаний выходных термопар (“пэльный эффект”). Наличие “пэльного эффекта” снижает представительность контроля за состоянием активной зоны.
С целью улучшения контроля подогрева теплоносителя в ТВС в ОКБМ была разработана модернизированная головка ТВСА (См. Рис.4.3.6 вверху) со специальными каналами, обеспечивающими поступление теплоносителя после выхода из пучка твэл непосредственно к термопаре. На стенде были проведены испытания предлагаемого способа измерения теплоносителя с помощью модернизированной головки.
С целью совершенствования конструкции ТВСА и обеспечения возможности сборки-разборки пучка ТВЭЛ был применен цанговый узел крепления головки на направляющих каналах. В 15 топливную кампанию блока №2 были установлены две ТВСА с креплением головки ТВСА при помощи цанг.
Крепление головки ТВСА к направляющим каналам при помощи цанг показано на рисунке слева.
Замена крепления головки ТВСА на цанговое не изменяет габаритных и присоединительных размеров головки ТВСА и не влияет на проведение транспортно-технологических операций при обращении с ТВСА. Применение цангового крепления позволит проводить монтаж-демонтаж головки с последующей возможной заменой негерметичных ТВЭЛ на циркониевые вытеснители.
На следующих двух рисунках показаны схемы установки и снятия цангового зажима.
— цанга в установочном положении надевается на НК (установка кольца может производиться совместно с цангой или отдельно от нее);
— досылание кольца с зажимом цанги;
— развальцовка лепестков цанги, цанга в рабочем положении.
4.3.3 Конструкционные материалы ТВСА.
В ТВСА в качестве конструкционных материалов НК, ЦТ, уголков каркаса и оболочек ТВЭЛов используется сплав Э635. Сплав Э635 изготавливается на основе смеси электролитического и йодидного циркония. Содержание легирующих элементов в сплаве Э635 (% мас.): ниобий (0,95 ч 1,05), олово (1,2 ч 1,3), железо (0,34 ч 0,4). Температура начала/конца плавления сплава Э635 Тs=1759/1814 °C. С ростом температуры отмечено монотонное увеличение коэффициента теплопроводности, что характерно и для других циркониевых сплавов. Проведены исследования по определению механических свойств труб НК и ЦТ, результаты показали достаточно высокую прочность и пластичность. При приложении растягивающих усилий формоизменение в трубах НК и ЦТ начинается при достижении напряжений, соответствующих величине предела упругости. Коррозионная стойкость сплава Э635 в реакторных условиях изучена на образцах и оболочках ТВЭЛов, испытанных в исследовательских реакторах МР, МИР. Образцы и оболочки ТВЭЛов были покрыты равномерными окисными пленками без следов коррозии. Результаты испытаний характеризуют сплав Э635, как коррозионностойкий, коррозия которого слабо зависит от структурного состояния, содержания кислорода в воде и наличия кипения. Сплав Э635 слабо подвержен радиационному росту. Деформации радиационного роста оболочечных и канальных труб в осевом и поперечном направлениях весьма незначительна. Реакторная ползучесть труб из сплава Э635 изучена в высокопоточном исследовательском реакторе БОР-60. Сплав Э635 и изготовленные из него изделия имеют высокое сопротивление ползучести, превосходящее другие сплавы в аналогичных состояниях. ТВЭЛы с оболочками из сплава Э635 испытаны в исследовательских реакторах (МР, МИР, АМБ-1000) и промышленных (РБМК-1000)реакторах, что позволило использовать его в качестве труб НК, ЦТ и уголков каркаса ТВСА. Подтверждена высокая прочность сварных швов из сплава Э635, выполненных электронно-лучевой сваркой (ЭЛС). Разработана технология контактной точечной сварки уголков из сплава Э635 к ободам дистанционирующих решеток из сплава Э110. Общее количество сварных точек на ТВСА составляет
1080 шт. Диаметр одной точки равен 3 мм. Трубы НК и ЦТ находятся в контакте с ДР из сплава Э110. Исследования совместимости сплава Э635 с другими материалами показали аналогичные результаты с другими циркониевыми сплавами.
В качестве материала прижимных пружин в головке ТВСА и прижимного фиксатора топливного столба в ТВЭЛах применен железо-хромо-никелевый дисперсионно-упрочняемый сплав ЭК-173-ИД, выплавляемый в вакуумно-индукционной печи с последующим вакуумно-дуговым переплавом. В состав сплава входят: углерод, кремний, марганец, сера, фосфор, хром, никель, молибден, алюминий, ниобий, ванадий, бор, кобальт, азот. Сплав ЭК-173-ИД обладает высокой коррозионной стойкостью и является релаксационно-стойким.