球形元件

编辑:戳子网互动百科 时间:2020-03-28 19:58:08
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球形元件是在球床高温气冷堆上使用的燃料元件。由德国研究和发展,其主要特点就是利用球的流动性,实现不必停堆就能完成装卸料。球形燃料元件主要有注塑型元件、壁纸型元件和模压型元件。

球形元件球形元件的构成

球形燃料元件由燃料区和无燃料区构成。燃料区是直径约50mm、由包覆燃料颗粒弥散在石墨基体里的球体。无燃料区是围绕在燃料区的厚度约5mm、和燃料区相同的石墨基体材料的球壳。燃料区和无燃料区没有物理上的分界面,它们的基体材料是相同的, 一般是由64%天然鳞片石墨粉、16%人造石墨粉和20%的酚醛树脂制成。球形燃料元件的石墨基体材料占燃料元件体积的90%以上。
球形燃料元件石墨基体的主要功能:
1)作为燃料元件的结构材料,使包覆燃料颗粒获得高温气冷堆运行所需要的热工水力学条件,包括将包覆燃料颗粒产生的热量传给冷却剂氦气,实现堆内运行和连续装卸料操作等。
2)作为慢化材料,对快中子有足够的慢化能力。
3)具有一定的滞留裂变产物的能力。

球形元件球形元件的分类

1)注塑型元件。它是AVR堆1966年初始装料使用的球形燃料元件。这种元件的外壳是由石磨机加工成的空心球,外径60mm,壁厚10mm。球壳上有一螺纹孔,在注入颗粒与石墨粉的混合物后用涂有粘结剂的石墨螺纹塞堵上,然后经表面修正后进行热处理制得。
2)壁纸型元件。这是AVR堆的第一批补充料。它的外壳和注塑型元件一样,但是为了降低燃料温度,包覆燃料颗粒只是集中在石墨外壳内壁附近1~2mm的薄层内,元件中心区域不含燃料。制造这种元件时,首先向石墨壳内注入一定量的包覆燃料颗粒、石墨粉和粘结剂的混合浆料,放在专用机器上转动,待干燥后装入足够量的天然石墨粉,压实后堵上带粘结剂的螺纹赛,然后经表面修整后进行热处理制得。
3)模压型元件。AVR堆初装料和第一次补充料是由美国提供的,这期间德国NUKEM/HOBEG公司研究成功模压型元件,它是用等静压方法在硅橡胶内压制的整体元件[1] 
模压型元件是由直径约为5cm的燃料区和壳厚约5mm的无燃料区组成。包覆燃料颗粒均匀弥散在燃料区内。制成模压型元件的工序包括:由天然石墨粉、人造石墨粉和酚醛树脂经混捏、干燥和粉碎制成石墨基体粉;在包覆燃料颗粒上裹上约0.2mm厚的石墨基体粉;在硅橡胶模内将均匀混合的基体石墨粉和裹上基体石墨粉的包覆燃料颗粒低压压制成燃料芯球,再在硅橡胶模内高压(300MPa)压制出带无燃料区的完整燃料球;800℃进行燃料球内数值的碳化;在专用车床上机加工成直径60mm的燃料元件;最后进行1800~1950℃温度下的高温纯化。
压制型燃料元件导热性能好,具有足够的机械强度和优越的辐照性能。从1969年AVR堆的第二次补充装料起就成为唯一继续装入AVR堆芯的元件。THTR-300原型堆也使用这种元件,德国设计的商用堆和模块式高温气冷堆也都是用这种元件,我国的10MW高温气冷堆以及南非计划建造的PBMR堆也都是用这类球形元件。
参考资料
  • 1.    唐春和.高温气冷堆燃料元件.北京:化学工业出版社,2007:7-29
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中国核学会