Тепловыделяющая сборка

Тепловыделяющая сборка (ТВС) — машиностроительное изделие, содержащее делящиеся вещества и предназначенное для получения тепловой энергии в ядерном реакторе за счёт осуществления управляемой ядерной реакции.

Чехол свежего топлива (видны головки тепловыделяющих сборок «нержавеющих» ТВС)

Топливная кассета «Новосибирского завода химконцентратов». Россия, Новосибирск, 2006

ТВС-2М, тепловыделяющая сборка на ВВЭР-1200 (АЭС-2006)

Обычно представляет собой четырёхгранный (PWR) или шестигранный (ВВЭР) пучок тепловыделяющих элементов (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.

Перед пуском нового энергоблока для проверки систем реактора в активную зону загружают «макеты топливных кассет».^[1]

Мировые поставщики ТВС^[2]^[3]Править

Areva (Франция) — 31 % мирового рынка^[4]
Toshiba (Япония) — кроме собственных мощностей нынешний владелец Westinghouse
Westinghouse Electric Company (США) — вместе с Toshiba 26 % мирового рынка
ТВЭЛ (Россия) — 17 % мирового рынка, почти 100 % рынка поставок топлива для АЭС с реакторами ВВЭР, 100 % — на АЭС с реакторами РБМК, а также с некоторыми другими типами реакторов^[5].
Japan Nuclear Fuel Limited (англ.) (рус. (Япония) — 17 % мирового рынка
Mitsubishi Heavy Industries (Япония)
Hitachi (Япония)
Nuclear Fuel Industries (Япония)
General Electric (США)
Babcock and Wilcox (англ.) (рус. (США)
Cameco (Канада)
CNNC (Китай)
Siemens (Германия)
British Nuclear Fuels (англ.) (рус. (Великобритания)
FCN (Румыния)
ENUSA (исп.) (рус. (Испания)
Korea Nuclear Fuel (англ.) (рус. (Южная Корея) — корейский монополист
Nuclear Fuel Complex (Индия) — индийский монополист
BelgoNucléaire (Бельгия) — производство MOX-топлива^[6]
Duke Cogema Stone&Webster (США) — производство MOX-топлива^[7]
Thorium Power Inc (США) — производство перспективного ториевого топлива

Российские ТВСПравить

ТВС реакторов ВВЭР-440Править

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 реакторов ВВЭР-1000Править

ТВС ВВЭР-1000 представляет собой активную конструкцию из 312 твэлов (есть вариант с 313 твэлами), закреплённых в каркасе из 18 направляющих каналов, нескольких (до 15) дистанционирующих и одной нижней решётки. В составе тепловыделяющих элементов ТВС ВВЭР-1000 может быть до 27 твэгов (твэлов с равномерно интегрированным оксидом гадолиния^[8], используемом в качестве выгорающего поглотителя, в топливо из диоксида обогащённого урана). Описанные выше ТВСА и её разновидности относятся не к реакторной установке ВВЭР-440, а тоже к ВВЭР-1000. К ВВЭР-440 относится только РК-2 и РК-3 — рабочие кассеты второго и третьего поколений, соответственно.

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.

ТВСАПравить

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).

Разработка «ОКБМ имени И. И. Африкантова».

ТВСА-АЛЬФАПравить

Эволюционное развитие базовой конструкции ТВСА. ТВСА-АЛЬФА комплектуется восемью дистанционирующими решётками увеличенной высоты с оптимизированной геометрией ячейки, твэлами с оболочкой меньшей толщины и таблетками без отверстия.

ТВСА-TПравить

ТВСА с сокращенным до восьми количеством дистанционирующих решёток. Модификация ТВСА для поставок на АЭС «Темелин» (Чехия) для замены топлива американской компании «Вестингауз».

ТВСА-УПравить

ТВСА с удлиненной активной частью.

ТВСА-PLUSПравить

Разрабатываемая конструкция ТВСА рассчитанная на эксплуатацию в 18-месячном топливном цикле при работе на мощности 104 % от номинальной.

РК-3Править

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)

УТВСПравить

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-2Править

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 Ростовской АЭС.

ТВС-2МПравить

Модификация ТВС-2, в ТВС-2М укорочены концевые детали и, соответственно, удлинен топливный столб активной зоны, вниз на примерно 100 мм и вверх примерно 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 PWRПравить

ТВС-квадратПравить

«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 РБМКПравить

В каждую сборку входит 18 стержневых ТВЭЛов. Оболочка твэла заполнена таблетками из диоксида урана.

Тепловыделяющая сборка реактора РБМК:
1 — дистанцирующая арматура;
2 — оболочка ТВЭЛа;
3 — таблетки диоксида урана.

ТВС других странПравить

ТВС-WПравить

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.

ПримечанияПравить

↑ Росатом поставил Турции макеты топливных кассет для испытаний энергоблока № 1 АЭС «Аккую»
↑ Nuclear fuel processing & services (англ.). World Nuclear Association. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.
↑ Westinghouse World View (англ.) (недоступная ссылка — история). Westinghouse Electric Company (апрель 2005). Дата обращения: 18 октября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.
↑ LE BUSINESS GROUP AMONT (фр.). Areva. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.
↑ Метрологическое обеспечение Топливной компании «ТВЭЛ» (неопр.). ТВЭЛ (май 2010). Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.
↑ Welcome (англ.). BelgoNucléaire. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано из оригинала 27 декабря 2010 года.
↑ Use of Mixed Oxide Fuel in Power Reactors (англ.). Nuclear Regulatory Commission. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.
↑ Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций / Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г., Денисов В.П., Васильченко И.Н.. — Москва : ИКЦ "Академкнига", 2004. — С. 106. — 220 с.

СсылкиПравить

О топливе на АтомИнфо

[1] Росатом поставил Турции макеты топливных кассет для испытаний энергоблока № 1 АЭС «Аккую»

[2] Nuclear fuel processing & services (англ.). World Nuclear Association. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.

[3] Westinghouse World View (англ.) (недоступная ссылка — история). Westinghouse Electric Company (апрель 2005). Дата обращения: 18 октября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.

[4] LE BUSINESS GROUP AMONT (фр.). Areva. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.

[5] Метрологическое обеспечение Топливной компании «ТВЭЛ» (неопр.). ТВЭЛ (май 2010). Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.

[6] Welcome (англ.). BelgoNucléaire. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано из оригинала 27 декабря 2010 года.

[7] Use of Mixed Oxide Fuel in Power Reactors (англ.). Nuclear Regulatory Commission. Дата обращения: 1 ноября 2010. Архивировано 8 февраля 2012 года.

[8] Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций / Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г., Денисов В.П., Васильченко И.Н.. — Москва : ИКЦ "Академкнига", 2004. — С. 106. — 220 с.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]