ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТАБЛЕТОК ИЗ UO₂ ДЛЯ ТОПЛИВА ПОДКРИТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ «ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ»

 

И. А. Чернов, В. Р. Татаринов, Н. Н. Белаш, Д. В. Кутний, Е. Б. Валежный

 

Научно-технический комплекс «Ядерный топливный цикл»

Национального научного центра «Харьковский физико-технический институт»,

 Харьков, Украина

 

В НТК ЯТЦ ННЦ ХФТИ разработан комплект конструкторской и технологической документации, изготовлены экспериментальные образцы топливных таблеток, твэлов, макетов ТВС различной конструкции и опытная ТВС-Х, которая спроектирована совместимой и взаимозаменяемой по габаритным и присоединительным размерам, основным эксплуатационным характеристикам с ТВС ВВР-М2, принятой в качестве базовой в подкритической сборке (ПКС) установки «Источник нейтронов, управляемый ускорителем электронов». Выполнены исследования в обоснование работоспособности применительно к параметрам и условиям эксплуатации ПКС.

В отличие от базового варианта ТВС ВВР-М2, состоящей из трех коаксиально размещенных твэлов трубчатой формы с дисперсионным металлокерамическим (UO₂-Al) топливом, в ТВС‑Х использованы стержневые твэлы, с таблеточным топливом из UO₂ в оболочке из циркониевого сплава Э110 диаметром 9,1 мм с толщиной стенки 0,69 мм, герметизированной нижней и верхней заглушками. Внутри оболочки расположен столб топливных таблеток общей длиной 500 мм. Он зафиксирован от перемещения распорной втулкой. В основном варианте ТВС-Х топливные таблетки изготовлены из UO₂ обогащением по ²³⁵U в пределах (4,40…4,43) % вес. Свободный от топливных таблеток объем и зазоры внутри твэла заполнены гелием высокой чистоты до давления 0,15 МПа.

Одной из ответственных задач при производстве твэлов ТВС-Х является изготовление таблеток из UO₂ заданного обогащения по ²³⁵U, заданных геометрических размеров, плотности, структуры и т.д. В отличие от стандартных технологических процессов изготовления топливных таблеток из диоксида урана особенностью процесса изготовления топливных таблеток, использованного в данной работе, является смешивание порошков UO₂ с различным обогащением: 0,4%вес. ²³⁵U и 19,7 %вес. ²³⁵U, достижение их равномерного распределения, обеспечение требуемого допуска по диаметру без применения операции шлифования таблеток за счет использования технологии вакуумного спекания. В работе приведены схема изготовления таблеток из UO₂, технические требования и методы контроля таблеток, результаты исследований структуры, физико-химических характеристик и элементного состава материала таблеток (рис. 1).

 

Рис. 1 – Внешний вид и микроструктура топливных таблеток

 

Исследование характеристик изготовленных топливных таблеток показало соответствие предъявляемым к ним  требованиям по внешнему виду, геометрическим размерам, плотности, обогащении и концентрации примесных элементов.