Способ определения теплопроводности оксидного топливного материала для вентилируемых твэлов
(51) 5 G61N25 18
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ( "т« ":К"
К ПАТЕНТУ ь-.ю (21) 5020060/25 (22) 03.01 92 (46) 15.1193 Бюл. Na 41-42 (71) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева (72) Корнилов ВА; Синявский B.В. (73) Головное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Энергия" им.акад СПКоролева (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ТВЭЛОВ (57) Использование: атомная энергетика и обработка высокотемпературных твэлов, преимущественно термоэмиссионных Сущность изобретения: при реакторных испытаниях твэлов с газоотводной трубкой внутри после фиксации окончания процесса переконденсации топливного материала (TM) измеряют относительную длину К покрытия конденса5 том ТМ трубки и оценивают теплопроводность
Л=Л r /(I . .L АК ), где А=1583с -25.45с +10.51 и тт т с s г г
В=5.17c -7.95е +63 для интервала относительно г г г объемного содержания TM е =0.5.08 Л вЂ” зффекг «т тивная теплопроводность газоотводной трубки, r, I т т радиус и длина газоотводной трубки соответственно, — длина топливного сердечника. 1 ил. с
2003086
Изобретение относится к атомной энер1атих . к созданию и наземной отработке
Г!ысокотв4пературных твэлов, в том числе
-;c.!1МО",, ИOOИОH НЫХ
Одни из Основных этапов разработки !1,: I:B с системои Bb!Вода летучих и Газооб,,:.-"-. ::::, . Пр:.;-дуктов деления (ГПД) через венГl -1, .",Г, vi УО!,ÃC! РОИСТВО ВЫПОЛНВННО8 .,:.-: Г;!.1ОО; O,I;oé трубки, явля!Отся петле.,;;,;«:-.:.TB!; Г1 и иссг!едовательских реакто.;Вх, f,ö8 изгча!Qтcя Вс8 специфические проблемы, Г:1!язанные с созданием длитель-!! О р ff;o B!o!цх те IRoBblx и злектрОГенериру
1! 3; !,.! Х, } O OO Q
-,i)! Irpoël;IpoBBHê8 Фундаме!!Таль!(Ой хара .. Г" гч стыки — теплопроводности топлив-!. атериала (ТМ) твэла Во мнОГОм
cooi=.!!ОIIB8ò достоверность получаемых эксп-:р!1ментальнHx результатов, При ем теплопроводность ТМ ® относ! !Гс- ", к crpgI:r}/рно ЧУВствительным свойст1 ист? щим or ряда факторов.
::-: .,рэту! -:., плагности, стехиометричесbo гала, гохнолОГии изГОтовления, Bbi ! .т.::.!!!! Н т.Д. ВСС ЭТИ фактОРЫ ЧВРеэ
ГО,,и!!роводнг1сть ТМ Отражаются на про,! o oлх 1 Во 1o- массопеp I !Оса Т В В твэле, что
В х .ч1: Гнo с:-Гете и предлагается фикси-!
ОВ;-,-b !3 Основе большинства методов
::, .-.. ;е .ВHi15I теплапроводности лежит опреДе" 0..11 IO КОЛИЧЕСТBB ТВПЛОТЫ, ПРОШЕДШей !
Врез,;-змеряемый Образец. Однако, в распоглжени!! исследователей не имеется над!8:к!!ых приборов типа калориметра, точно
Оп! ОеделЯ ющих это количестВО теплоты, Ука эанная проблема является наиболее трудf;o& при создании методов определения теплоправодности. ЭТО приводит к погрешностям полученных результатов, значительно превосходящим погрешности
ОГ! РВДЕЛВНИЯ ТВПЛОПРОВОДНОСТИ, Р качестве прототипа примем способ
Определения теплопроводности диоксида урана, который включает размещение таблеток из 002 или твэла из 002 в специальном измерительном устройстве,. реакторные испытания устройства с измерением плотности объемного тепловыделения В ТМ, относительного распределения
Г!лотности деления нейтронов по высоте и се «BI« Io твэла, измерению температуры наружной rfoeepõffoOòè твэла и оценку теплопроводности диоксида урана.
Основной недостаток — низкая точность
Вследствие того факта, что определение теплопрг водности производится для 002 в исходном, наг!ример, спеченном состоянии, В
ТО же время в высокотемпературных твэлах, каким явлг!ется и термоэмиссионный твэл, в начале работы происходит переконденсация топлива с образованием столбчатой структуры, изменением плотности и другими эффектами, существенно влияющими на теплопроводность.
Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка, а именно: повышение точности.
Указанная цель достигается предложенным способом определения теплопроводности оксидного ТМ, включающим реакторные испытания твэла с газоотводной трубкой внутри твэла в составе термоэмиссионной электрогенерирующей сборки и оценку теплопроводности, отличающийся
15 тем, что после фиксации окончания процесса переконденсации топлива измеряют относительную длину покрытия конденсатом
ТМ (К„-) газоотводной трубки, а оценку теплопроводности TM g) производят из выражения т * гт 1
А= — * ! т -с
55 где А=15,83 cf -25,45 юг+10,51, Ь=5,17ЯГ-7,95 ЮГ+6,3 для интервала относительного объемного содержания TM (ef) 0,5-0,8;
i4 — эффективная теплопроводность газоотводной трубки;
rT, iт — соответственно радиус и длина газоотводной трубки, L — длина топливного сердечника, На чертеже приведена конструктивная схема термоэмиссионного твэла в рабочем состоянии, где обозначены параметры, неОбходимые для реализации способа и приведено характерное распределение температур по оболочке твэла, Здесь обозначено: 1 — эмиттерная оболочка; 2 — топливный материал; 3 — газоотводная трубка; 4— свободный торец; 5 — торец с коммутационной перемычкой; i — длина конденсата ТМ на газоотводной трубке; rT, ir — соответстВенно радиус и длина газоотводной трубки.
Способ реализуется следующим образом, После изготовления, термоэмиссионный твэл, содержащий эмиттер 1, топливный материал 2, торцевые крышки 4;
5, газоотводную трубку 3, в составе электрогенерирую!це1 сборки помещают в ячейку реактора. Мощность реактора повышаютдо рабочего значения, проводят вакуумное обезгаживание, в процессе которого происходит переконденсация ТМ, в результате чего оно принимает форму 2. После окончания испытаний или регистрации окончания пе-. реконденсации ТМ, твэл в составе испытательного устройства извлекают из реактора и с помощью нейтронной радиографии или
2003086
20 (2) 30
40 г4= А s
50 в результате разделки твэла в "горячей" камере измеряют Is. Определяют параметр
К =ls/IT и по формуле (1), зная исходную геометрию твэла; определяют теплоп роводность ТМ А В случае регистрации К с помощью нейтронной радиографии, устройство с твэлом вновь может быть загружено в ячейку реактора, проведены испытания в других режимах, например, температурных, и аналогичным образам onределенаА.
Кратко остановимся на выводе выражения (1). Используя метод расчета температурных полей гетерогенного сердечника термоэмиссион ного электрогенерирующега элемента,. проведена серия вариантных расчетов с варьированием геометрических параметров системы. физических характеристик тел,.образующих систему, и условий на границах системы, однозначно определяющих интересующий нас процесс. Введем безразмерный параметр щ в виде выражения т гт "о Тл
Л4 л 1т Lc Tp Te где Tp — максимальная температура в твэле;
Tz, Те — температуры торца са стороны выхода трубки ГОУ и эмиттера соответственно.
Па результатам численного счета построим графические точки в аиде зависимости безРазмеРнога паРаметРа л4 ат К и ãc.
Полученные расчетные точки, в интервале е;=0,5-0,8, характерном для термоэмиссионных твэлов, довольно хорошо сглаживаются эмпирической формулой где А=15,83 к, -25,45 ела+10,51, Ь=5,17 кг -7,95 юг+6,3.
Для случая Te — Т2, который как правило реализуется в случае вывода газаотводной трубки в свободный торец электрагенерирующего элемента из вырах(ения (2), с учетом (3), получаем выражение для теплопроводности TM (1).
Формула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ TEAJIOAPOВОДНОСТИ ОКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО
МАТЕ РИАЛА ДЛЯ В Е НТИЛ ИРУЕМЫХ
ТВЭЛОВ, заключающийся в там, что термаэмиссионный твэл с газоотводной трубВ качестве канкре1на а примера реяли
ЗацИИ СПОСОба ПрИВЕдЕМ OnрвдЕлв!:ИЕ 1. nрИ петлевых реакторных исп ыта ни ях "., я иэлементной термоэмиссионнай сборки с диаметром эмиттера 10 мм. длиной 40 мм, заполнением объема сердечника fr=0,8, длиной трубки от=20 мм. Испытания проводились в реакторе типа В В Р. Вакуумное обезгаживание длилась примерно 70 ч, С помощью термопар, установленных на наружном чехле твэла, было зафиксирована окончание процесса переконденсации. После испытаний устройство было извлечено из реактора и на нейтранаграфическай устанонке типа HP-31P была проведена ега нейтронаграфия, которая позволила измерить
Is=12 мм; откуда Ks=-Is/Ь=-0,6, При значении эффективной теплоправаднасти трубки
Лт- — 41,6 Вт/м К, чта соответствует г;=-1,5 мм при толщине стенки трубки 0,4 мм, па фармуле (1) определяем
1=41,6 (1,5 10з) /(2 102 4 . 10 х х0,28 0,6 5)=2,2 В /м . К.
Таким образам предложенный способ позволяет:
1) с повышенной точностью контролировать в процессе эксперимента таку а фундаментальную характеристику, как теплоправаднасть тапливнога материала;
2)тем самым повысить точность определенияя таких параметров, как максимальная температура твэла, теплавыделение в таэле, вынос топлива и т.п.;
3) обойтись минимумам кантралируемых в процессе эксперимента параметров, фактически. лишь определить К>, например, с помощью нейтронаграфии или в результате паслереакторнай разделки электрагенерирующих сборок в "горячих камерах". (56) Патент США М 41636890, кл, G 21 С 3/02, 1979.
Теплапровадность твердых тел справочник пад ред. А.С. Охотина. М., Энергоатомиздат, 1984, с. 20.
Спиридонов IO.Г. и др. Внутриреактарные исследования теплофизических характеристик твэлов на основе 00 . Сборник докладов на юбилейной конференции ХХ лет атомной энергетике. ФЭИ г, Обнинск, 1974, т. 2, с. 3-5. кой внутри помещают в составе электрагенерирующей сборки в ячейку реактора, проводят реакторные испытания и оценивают теплаправаднасть, атли <лющийся тем, чта после фиксации окон ения процесса переконденсации тапливнога материала измеряют относительную длину К, 2003086
Составитель 8,Корнилов
Редактор Н,Семенова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Ткач
Тираж Подписное
НПО" Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Заказ 3230
Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина. 101 покрытия газоотводной трубки конденсатом топливного материала, а оценку теплопроводности 1 производят из выражения
Я,г 1
jt--— ! тЬ AKB где А = 15 83,, » 25 45 ег,+ 10,51 отн.ед.;
В - 5.17 - 7,95 к„+ 6,3 отн,ед. для интервала относительного объемного содержания топливного материала „0,5
-0,8;
Ят -. эффективная теплопроводность газоотводной трубки, 8t / (м К);
r>, Ь - соответственно радиус и длина газоотводной трубки. м;
Е - длина топливного, сердечника, м.
