Технология производства твэлов

Характерной особенностью настоящего периода развития ядерной энергетики является доминирующее строительство АЭС с легководными реакторами (ЛВР) на окисном топливе (UO₂). Применение окисного топлива связано с его хорошими эксплуатационными характеристиками: диоксид урана имеет высокую температуру плавления (~2800^oС); изотропную кубическую решетку, стабильную в поле облучения при температурах, близких к точке плавления; диоксид урана совместим со многими конструкционными материалами и химически устойчив по отношению к большинству теплоносителей (вода, водяной пар, органические жидкости, углекислый газ, гелий). В компактном виде (цилиндрические таблетки, стержни, кольца, пластины, сегменты) UO₂ позволяет при сравнительно низких обогащениях (до 5% по U²³⁵) изготавливать тепловыделяющие элементы (твэлы), способные без серьезных деформаций выдержать высокие степени выгорания. К тому же применение окисного топлива связано со сравнительно простой технологией изготовления твэлов. Тем не менее, необходимо помнить, что UO₂, как продукт производства, не является истинным химическим соединением, а представляет смесь различных оксидов урана со «средним» отношением атомов кислорода к атомам урана, равным 2. Общая формула для этого соединения записывается как UO_х, где 1,9≤х≤2,1. Стехиометрическое соотношение является одной из паспортных характеристик для топлива. Более того, по мере выгорания урана соотношение уран-кислород в топливе может изменяться.

Производство наиболее распространенных твэлов из диоксида урана состоит из следующих технологических стадий и переделов.

1. Подготовка ядерного топлива: приготовление порошков окисного топлива путем конверсии гексафторида в двуокись урана, прессование и получение спеченных таблеток, шлифование, выходной контроль и комплектование таблеток для снаряжения твэлов.

2. Подготовка трубчатых оболочек твэлов: изготовление тонкостенных бесшовных труб.

3. Снаряжение твэлов топливом: дозировка и упаковка таблеток в подготовленные к сборке оболочные трубки, установка концевых деталей, герметизация, контроль качества твэл.

4. Сборка твэлов в ТВС: соединения твэлов в ТВС; сборка неразъемных соединений.

Изготовление твэлов и ТВС по своему характеру является массовым механическим и в значительной мере автоматизированным производством прецизионного класса.