Способ определения теплопроводности оксидного топливного материала для вентилируемых твэлов

ИСАНИК ИЗОБРЕ ПАТЕН но-проаучно-и ОПРОВОДО МАТЕЗЛОВ ика и обра- преимущестКомитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Головное конструкторское бюро Низводственного объединения "Энергиим.акад.С.П.Королева(73) Головное конструкторское бюро Низводственного объединения "Энергиим.акад СЙКоролева(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛНОСТИ ОКСИДНОГО ТОПЛИВНОГРИАЛА ДЛЯ ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ТВ(67) Использование: атомная энергеботка высокотемпературных твэлов,(и) ВЖ (11) 2 ООЗО 86 С.(51) Я ОО 1 ЯЫ 18 венно термоэмиссионных Сущность изобретения: при реакторных испытаниях твэлов с газоотводной трубкой внутри после фиксации окончания процесса переконденсации топливного материала (ТМ) измеряют относительную длину К покрытия конденса 5том ТМ трубки и оценивают теппопроводность Л=Л г /0АК), где А=15.83 е -25.45 с +10.51 ит т т с в г г В=5.17 е -7,95 е +6.3 для интервала относительногггобъемного содержания ТМ е:0508 Л - эффекг ттивная теплопроводность газоотводной трубки, г,т т радиус и длина газоотводной трубки соответственно, 3. - длина топливного сердечника. 1 ил.сИзобретение относится к атомной энератик, к созданию и наземной отработке гЫСОКОТЕКЦЕРаТУРНЫХ ТВЭЛОВ, В тОМ ЧИСЛЕ тг. П Мг"ИССОН Н ЫХ.Одни из Основных этапов разработки ;. ",в с системои вывода летучих и Газооба - ., х продуктов деления ГПД) через вен-, .; г,;р,;дв,гС РойСТВО, ВЫПОЛНВН НОВ В ;:. Г;Оогао;,Ой трубки, являОтся петле.,; :Вныя В исследовательских реакто.;Лх, гг;,8 изгаОтся Все специфические проблемы, связанные с созданием длитель- О рабо сю 3 х тепловых и электрогенерирух тбооок,--,: Тпрлиппчание фун цаметальОй ха. с;т". Гч.стики - теплопроводности топлив- О Оате риал а ТМ) твэла ВО мнОГОм опз:Лапает достоверность получаемых экси";рментальых Результатов,При ем геплопроводность ТМотноснгс." к с 1 рукгурно чувствительным свойст ,.;, з:.;Вися шим от ряда факторов., р: г ,",ы, пло гности, стехиометриче:.сс гала, технологии изготовления, Вы,: .т,Н т.Д. ВСС ЭТИ фактОРЫ ЧВРЕЗ ;О,1.чп;ровод ость ТМ отражаются на прос.:сах Ог О" массопереноса ТВ Втвэле, что в х.ч: ИОсчете и предлагается фикси:Овь, Р Основе большинства методов ы;Венит теплапроводности лежит определенс кОличества теплоты, прошедшей через измеряемьй Образец, Однако, в рас Ог 1 жениисследователей не имеется наде:кых приборов типа калориметра, точно ОП рв гЕЛя ЮЩИХ ЭТО КОЛИЧ ЯСТВО ТЕПЛОТЫ, УКа эанная проблема является наиболее трудной при создании методов определения теплоправодности. ЭТО приводит к погрешностям полученньх результатов, значительно превосходящим погрешности определения теплопроводности,В качестве прототипа примем способ Определения теплопроводности диоксида урана, который включает размещение таблеток из 002 или твэла из02 в специальном измерительном устройстве,. реакторные испытания устройства с измерением плотности объемного тепловыделения в ГМ, относительного распределения глотности деления нейтронов по высоте и се ениго твэла, измерению температуры наружной поверхнОСти твэла и оценку теплопроводности диоксида урана.Основной недостаток - низкая точность Вследствие того факта, что определение теплопрозодности производится для 002 в ис" ходном, нагример, спеченном состоянии, В ТО же время в высокотемпературных твэлах, каким является и термоэмиссионный твэл, в начале работы происходит переконденса ция 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 теплопро водности оксидного ТМ, включающимреакторные 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 относительнуо длину покрытия конденсатом ТМ ГК.) газоотводной трубки, а оценку теплопроводности ТМ Я) производят из выра жения тт 11 т с Д8 25 30 35 40 45 50 55 где А=15,83 ег -25,45 егг+10,51, Ь=5,17 Яг- -7,95 яг+б,3 для интервала относительного объемного содеРжаниЯ ТМ (Ег) 0,5-0,8;Лт - эффективная теплопроводность газоотводной трубки;Гт, 1 т - СООтВЕтСтВЕННО РаДИУС И ДЛИНа газоотворной трубки,Ь, - длина топливного сердечника, На чертеже приведена конструктивная схема термоэмиссионного твэла в рабочем состоянии, где обозначены параметры, неОбходимые для реализации способа и приведеО 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; 1 - длина конденсата ТМ на газоотводной трубке; гт, 1 т - 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 электро- генерируюце 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(2) 30 40 Рг 4= АКЗ 50 в результате разделки твэла в "горячей" камере измеряют 1. Определяют параметр К,=1,/1 т и по формуле (1), зная исходную геометрию твэла; определяют теплоп роводность ТМ А В случае регистрации Ке с помощью нейтронной радиографии, устройство с твэлом вновь может быть загружено в ячейку реактора, проведены испытания в других режимах, например, температурных, и аналогичным образам оп- ределенаА. Кратко остановимся на выводе выражения (1). Используя метод расчета температурных полей гетерогенного сердечника термозмиссион 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 Л 4 Лт гт То Тг Л 1 т Зс То Те где То - максимальная температура в твэле;Тг, Те - температуры торца са стороны выхода трубки ГОУ и эмиттера соответственно. По результатам численного счета построим графические точки в виде зависимости безРазмеРнога паРаметРа 4 от Ке и ег, Полученные расчетные точки, в интервале ег.=От 5-0,8, характерном для термоэмиссионных твэлов, давольно хорошо сглаживаются эмпирической формулой где А=15,83 гг -25,45 ет+10,51, Ь=5,17 ет -7,95а;+6,3,Для случая Те - Т 2, который как правилареализуется в случае вь 1 вада газаотводнойтрубки в свободный торец электрагенерирующего элемента из вырахения (2), с учетом(3), получаем выражение для теплопроводности ТМ (1),Ф ар мул а и з обретен и яСПОСОБ ОПРДЛНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОКСИДНОГО ТОПЛИВНОГО МАТЕ РИАЛА ДЛЯ В Е НТИЛ ИРУЕМЫХ ТВЭЛОВ, заключающийся в том, что термоэмиссионный твэл с газоотводной трубВ качестве канкренаа примера реяли. зации способа приведем определение,1. при петлевых реакторных испытаниях пя 1 излементной термоэмиссионнай сборки с диаметром эмиттера 10 мм. длиной 40 мм, заполнением объема сердечника от=0,8, длиной трубки Ь=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 НРР была проведена ега нейтронаграфия, которая позволила измерить 4=12 мм; откуда К=-4/Ь=-0,6, При зчачении эффективной теплоправаднасти трубки А=41,6 Вт/м К, чта соответствует гт=-1,5 мм при толщине стенки трубки 0,4 мм, па фармуле (1) определяем=41,6 (15 10 ) /(2 10 4 10 х х 0,28 0,65)=2,2 В 1/м К.Таким образом предложенный способ позволяет: 1) с повышенной точностью контролировать в процессе эксперимента такуа фундаментальную характеристику, как теплоправаднасть тапливнога материала;21 тем самым повысить точность определенияя таких параметров, как максимальная температура твэла, теплавыделение в твэле, 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, О 21 С 3/02, 1979,Теплапровадность твердых тел справочник пад ред. А.С. Охотина. М., Энергоатомиздат, 1984, с, 20.Спиридонов 10.Г. и др, Внутриреактарные исследования теплофизических характеристик твэлов на основе ОО, 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, отличающийся тем, чта после фиксации аканлания процесса переконденсации тапливнота материала измеряют относительную длину К,2003086 8 Составитель В,Корниловдактор Н,Семенова Техред М.Моргентал рректор М,Ткач 3 Подписноетентакая наб., 4/5 ТиражНПО" Поиск113035, Москва, Жкий комбинат "Патент". г. Уж ул Гагарина, 10 роизводственно-из покрытия газоотводной трубки конденсатом топливного материала, а оценку тепло- проворности 1 производят из выраженияЯ,г 2 т 111;где А = 15,83 г 2- 25,45 е, + 10,51 отн,едВ - 5,17 г 2,- 7,95 к+ 6,3 отн,ед. для интеовала относительного обьемного содержания топливного материала 0,5 -0,8;1 т -. эффективная теплопроводность газоотводной трубки, Вт /(м ф К);гт, Ь - соответственно радиус и длина газоотводной трубки. м;Ь - длина топливного, сердечника, м.