Опыт

НТК ЯТЦ организован на базе подразделений ННЦ ХФТИ ранее занимающихся разработкой конструкционных, нейтроно-поглощающих и ядерных материалов для применения при проектировании пэлов, твэлов, ТВС для реакторов различных типов и назначений. Специалисты НТК ЯТЦ приобрели опыт проектирования ядерного топлива для активных зон ядерных установок при разработках в ННЦ ХФТИ, как конструктор-технолог пэлов, твэлов, ТВС следующих типов реакторов:

• тяжеловодные реакторы КС-150, ТР-1000, в которых тяжелая вода была применена как замедлитель нейтронов, углекислый газ в качестве теплоносителя; в качестве ядерного топлива – металлический уран;
• реакторы атомных станций теплоснабжения: АСТ-100, АСТ-500,  АРБУС (арктическая блочная установка) с органическим теплоносителем и твэлами повышенной плотности (в первую очередь металлический уран);
• реакторы ВВЭР-1000, РБМК-1000 – разработки твэлов с топливом повышенной плотности (сплавы на основе металлического урана);
• реакторы на быстрых нейтронах с газовыми теплоносителями (БГР-300);
• реакторы на быстрых нейтронах БРИГ-300 с диссоциирующим теплоносителем N₂O₄;
• реакторы различного специального назначения.

Фрагменты трех типов ТВС тяжеловодного реактора КС-150

Разработки компонентов активных зон ядерных установок

В ННЦ ХФТИ выполнены разработки твэлов с металлическим урановым топливом в циркониевой оболочке применительно к прямой замене топлива из двуокиси урана на топливо из металлического урана и его сплавов в реакторах типа ВВЭР-1000 и РБМК-1000. Конструкция сердечника выполнена из отдельных секций, топливо в которых имеет центральную полость, предназначенную для компенсации распухания топлива. Секции топлива отделены одна от другой таким образом, что разгерметизация одной не приводит к контакту с теплоносителем соседних секций. Твэлы такой конструкции прошли реакторные испытания в петлевом канале Первой в мире АЭС до проектных выгораний 22 МВт сут/кг урана. Испытания завершены в 1985 г.

Конструкция экспериментального твэла реактора ВВЭР-1000 с секционным сердечником из сплава урана

Разработана и прошла реакторные испытания конструкция и технология изготовления твэлов с дисперсионным матричным топливом в составе ТВС реактора на быстрых нейтронах с диссоциирующим теплоносителем N₂O₄ типа БРИГ-300. Аналогичная разработка была выполнена для реактора на быстрых нейтронах с гелиевым теплоносителем типа БГР-300. Разработки 1970 -1985 г.г.

Дисперсионное топливо для реакторов с газовым теплоносителем

Микротвэлы с микросферическими топливными частицами из UO₂, UC, имеющими защитные покрытия из различных материалов, технология изготовления которых разработана в ННЦ ХФТИ, могут применяться как в стержневых конструкциях реакторов на быстрых нейтронах, так и в высокотемпературных гелиевых реакторах с шаровыми или призматическими твэлами.

Использование микросферических топливных частиц в шаровых твэлах реактора ВТГР

При разработке конкретных вариантов конструкций и технологий изготовления твэлов и пэлов для реакторов различного типа и назначений были выполнены комплексные разработки материалов, конструкций и технологий изготовления материалов элементов АЗ ядерных установок:

• плавка и изготовление стержней из сплавов различного состава на основе металлического урана;
• обработка металлического урана методами пластического деформирования (прессование, волочение, прокатка) для получения изделий в виде сплошных и полых прутков, микротвэлов (Ø1 мм), шаровых твэлов с внутренней полостью (Ø10 мм );
• термомеханические методы обработки изделий из металлического урана и его сплавов, с целью создания радиационно-стойких сердечников твэлов с заданным структурно-фазовым состоянием и требуемыми текстурными характеристиками;
• отработаны процессы герметизации твэлов с применением методов сварки в газовых инертных средах при высоких давлениях (~100-200 атм.), электронно-лучевая сварка в вакууме, контактно-стыковая сварка сопротивлением;
• разработан целый ряд конструкций твэлов сцепленного типа и технологии их изготовления;
• разработан ряд материалов, обладающих повышенной  радиационной стойкостью, для применения в твэлах, работающих в химически агрессивных средах;
• разработаны разрушающие и неразрушающие методы контроля пэлов и твэлов на живучесть и определены их ресурсы работы на основе внереакторных испытаний;
• разработаны методы термообработки изделий из сплавов циркония с ниобием (трубы для оболочек твэлов, канальные трубы для реакторов типов РБМК, CANDU, обеспечивающие высокую радиационную стойкость их в реакторах;
• разработаны конструкции и технологии изготовления пэлов с применением гафния для реакторов ВВЭР; обладающие повышенным ресурсом работы и надежностью (безопасности). Идут работы по изготовлению опытных образцов и их испытаниям в обоснование достижения проектных параметров;
• разработаны технологии изготовления ряда конструкций твэлов сцеплённого типа;
• разработаны и изготавливаются пэлы для сухих хранилищ ОЯТ;
• осуществлены исследования по определению образования расплавов материалов активной зоны во время чернобыльской аварии. Продолжаются исследования по образованию расплавов материалов активных зон водо-водяных реакторов применительно к условиям тяжелых запроектных аварий.

Инженерная поддержка эксплуатации ядерного топлива на АЭС Украины

• Выполнение проекта квалификации ядерного топлива для Украины и создание центра по проектированию активных зон, основной задачей которого является внедрение перспективных зарубежных технологий для проектирования активных зон и анализа безопасности;
• Квалификация компьютерных кодов, используемых для проектирования и обоснования безопасности активных зон, содержащих топливо различных поставщиков;
• Сопровождение эксплуатации ТВС компании Вестнгауз на энергоблоках №2 и №3 ЮУ АЭС;
• Разработка усовершенствованных топливных циклов в соответствии с контрактом с компанией Вестингауз;
• Разработка методики и согласование её с Регулятором для выполнения расчётных обоснований безопасности с использованием кодов с трёхмерной кинетикой нейтронов для реакторов ВВЭР-1000;
• Моделирование теплогидравлических процессов в реакторах и в реакторах и системах сухого хранения с использованием кодов на основе CFD