ดูว่า "แท่งเชื้อเพลิง" ในพจนานุกรมอื่น ๆ คืออะไร วิธีสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ ควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์

17.09.202327.05.2017

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับสาขาพลังงานปรมาณูและสามารถนำไปใช้ในการผลิตแท่งเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์พลังงานได้ วัตถุประสงค์ทางเทคนิคของการประดิษฐ์นี้คือเพื่อสร้างการออกแบบแท่งเชื้อเพลิงซึ่งพลูโทเนียมหรือยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงในรูปของโลหะผสมหรือไดออกไซด์สามารถนำมาใช้ได้โดยไม่ต้องเจือจางด้วยยูเรเนียมหรือทอเรียมหรือทอเรียมที่หมดสภาพหรือเป็นธรรมชาติในขณะเดียวกันก็รับประกันภาระที่ต้องการ อัตราส่วนของ นิวไคลด์ฟิสไซล์และเฟอร์ไทล์ เพิ่มทรัพยากรและเพิ่มความน่าเชื่อถือในการดำเนินงาน รวมถึงในสถานการณ์ฉุกเฉิน ในองค์ประกอบของเชื้อเพลิง ส่วนหนึ่งของแกนกลางที่มีเศษส่วนมวลของนิวไคลด์ฟิสไซล์ตั้งแต่ 200 ถึง 100% จะถูกห่อหุ้มไว้ในหลอดบรรจุที่ปิดผนึกหนึ่งหลอดหรือมากกว่าที่มีรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ ซึ่งทำจากวัสดุโครงสร้างที่เหมือนกันหรือต่างกันกับการหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง หลอดบรรจุมีปริมาตรอิสระเพื่อชดเชยการบวมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และรวบรวมชิ้นส่วนฟิชชันของก๊าซ แกนเชื้อเพลิงส่วนที่เหลือประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีสัดส่วนมวลของนิวไคลด์ฟิสไซล์ตั้งแต่ 0.715% และนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์จาก 0.01 ถึง 100% 5 เงินเดือน 4 ป่วย

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีนิวเคลียร์และสามารถใช้ในการผลิตองค์ประกอบเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) ด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากพลูโทเนียมหรือยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวตรอนความร้อน อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ของโลกใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนและนิวตรอนเร็ว แต่ 85% ของไฟฟ้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนน้ำเบา ซึ่งส่วนใหญ่ใช้แท่งเชื้อเพลิงประเภทภาชนะ องค์ประกอบของเชื้อเพลิงดังกล่าวเป็นเปลือกโลหะทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 - 15 มม. พร้อมฝาปิดภายในซึ่งแกนวางอยู่ในรูปของเม็ดยาหรือเม็ดอัดการสั่นสะเทือนที่ทำจากยูเรเนียมไดออกไซด์หรือส่วนผสมของยูเรเนียมและพลูโทเนียมไดออกไซด์ด้วย ตามกฎแล้ว เศษส่วนมวลของนิวไคลด์ฟิสไซล์ ได้แก่ ยูเรเนียม-235, พลูโทเนียม-239 และพลูโทเนียม-241 ประกอบด้วยน้อยกว่า 6% ของปริมาณยูเรเนียมและพลูโทเนียมทั้งหมดในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แท่งเชื้อเพลิงมีปริมาตรอิสระเพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงปริมาตรในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และรวบรวมชิ้นส่วนฟิชชันของก๊าซ เพื่อลดระดับอุณหภูมิของแกนแท่งเชื้อเพลิง บางครั้งมีการเจาะรูในเม็ดและปริมาตรอิสระจะเต็มไปด้วยฮีเลียมหรือวัสดุที่หลอมละลายต่ำ เช่น โซเดียม โลหะผสมโซเดียม-โพแทสเซียม โลหะผสมตะกั่ว-บิสมัท เป็นต้น / 1/. นอกเหนือจากแท่งเชื้อเพลิงประเภทภาชนะ ในเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวเคลียร์ และในระดับที่สูงกว่านั้น ในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อการวิจัย ยังใช้แท่งเชื้อเพลิงชนิดการกระจายตัวอีกด้วย โดยมีลักษณะเฉพาะคือแกนกลางของพวกมันประกอบด้วยอนุภาคเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่กระจายสม่ำเสมอในเมทริกซ์เฉื่อย . โครงสร้างของแกนแท่งเชื้อเพลิงนี้จะจำกัดตำแหน่งของชิ้นส่วนฟิชชันในอนุภาคของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และชั้นเมทริกซ์บางๆ ที่อยู่ติดกัน ดังนั้นจึงไม่มีปริมาตรอิสระในแท่งเชื้อเพลิงสำหรับการรวบรวมชิ้นส่วนฟิชชันที่เป็นก๊าซ /2/ แท่งเชื้อเพลิงแบบคอนเทนเนอร์นั้นง่ายต่อการผลิตและใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือที่ระดับพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์แบบอยู่กับที่ในช่วงระยะเวลา 2, 3 และน้อยกว่า 4 ปี โดยมีอัตราการแปลงเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่สูง (สูงถึง 0.5) การผลิตพลังงานของแท่งเชื้อเพลิงดังกล่าวถูกจำกัดโดยการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากเศษฟิชชันที่สะสม การถ่ายโอนมวลของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากร้อน (สูงถึง 2,000 o C) ไปยังเขตเย็น (ประมาณ 300 o C) ผลการกัดกร่อนของ ชิ้นส่วนฟิชชันเชิงรุกบนแผ่นหุ้ม และการเคลื่อนตัวของกำลังของเครื่องปฏิกรณ์โดยความเค้นทางความร้อนเชิงกลในเปลือกและแกน ซึ่งสัมพันธ์กับความแตกต่างในระดับอุณหภูมิและสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุ นอกจากนี้ ระดับอุณหภูมิสูงของแกนแท่งเชื้อเพลิง พลังงานความร้อนที่สะสมอยู่ภายใน และการปล่อยความร้อนที่ตกค้างในสถานการณ์ฉุกเฉิน อาจทำให้ชั้นหุ้มไหม้ทะลุได้ ไม่ว่าเหตุผลในการลดแรงดันขององค์ประกอบเชื้อเพลิง ไม่ว่าจะเป็นอุบัติเหตุ การหมดอายุการใช้งานขององค์ประกอบเชื้อเพลิง หรือสถานการณ์ฉุกเฉิน ชิ้นส่วนฟิชชันที่ปล่อยออกมาจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะเข้าสู่สารหล่อเย็น และกัมมันตภาพรังสีอาจเกินค่าสูงสุดที่อนุญาต สำหรับองค์ประกอบเชื้อเพลิงแบบกระจายตัวที่มีเมทริกซ์การนำความร้อนที่ดี ซึ่งรับประกันการสัมผัสความร้อนระหว่างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และการหุ้มที่เชื่อถือได้ ระดับอุณหภูมิของแกนองค์ประกอบเชื้อเพลิงจะลดลงอย่างมาก เช่น ความแตกต่างของอุณหภูมิในแกนกลางกับโลหะผสมอะลูมิเนียม เมทริกซ์ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ VVER-1000 สามารถลดลงได้ประมาณหนึ่งขนาดครึ่ง (จาก 1,500 o C ถึง 100 o C) สิ่งนี้ช่วยให้คุณใช้งานแท่งเชื้อเพลิงในโหมดเคลื่อนที่ได้สำเร็จ ทำให้ปลอดภัยน้อยลงในสถานการณ์ฉุกเฉิน และในกรณีที่แท่งเชื้อเพลิงลดแรงดัน ให้ลดการปนเปื้อนของสารหล่อเย็น เนื่องจากมันจะสัมผัสกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เท่านั้น ตำแหน่งของข้อบกพร่อง นอกจากนี้ ที่อุณหภูมิต่ำ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรจากเศษฟิชชันที่สะสมน้อยกว่า และเป็นไปได้ที่จะใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ประเภทอื่น เช่น ยูเรเนียมซิลิไซด์ โลหะผสมยูเรเนียม-โมลิบดีนัม เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นที่ต่ำกว่าใน แกนกลางขององค์ประกอบเชื้อเพลิงกระจายตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จำเป็นต้องเพิ่มสัดส่วนมวลของนิวไคลด์ฟิสไซล์ ซึ่งจะช่วยลดอัตราการแปลงของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่ตามลำดับ การผลิตพลังงานของแท่งเชื้อเพลิงที่กระจายตัวถูกจำกัดโดยการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งเชื้อเพลิงที่อนุญาตหรือการเสียรูปของวัสดุหุ้มที่อนุญาต อันเป็นผลมาจากการวางแนวของพลังงานนิวเคลียร์ของโลกที่มีต่อเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเบาที่มีแท่งเชื้อเพลิงประเภทภาชนะและเชื้อเพลิงไดออกไซด์ทำให้พลูโตเนียมหลายร้อยตันสะสมโดยมีองค์ประกอบโพลีไอโซโทปที่มีมวล 238, 239, 240, 241 และ 242 . ปัญหาการจัดเก็บพลูโตเนียมและการใช้ประโยชน์ต่อไปได้เกิดขึ้น การใช้พลูโตเนียมเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อย่างมีประสิทธิผลมากที่สุดนั้นอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว แต่มีจำนวนจำกัดในโลก และโครงการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ก็ล่าช้าไปหลายทศวรรษ ปัญหาที่เพิ่มขึ้นของการใช้พลูโทเนียมโพลีไอโซโทปคือปัญหาการทำลายยูเรเนียมและพลูโทเนียมที่ปล่อยออกมาอย่างรวดเร็วอันเป็นผลมาจากการลดอาวุธ วิธีแก้ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการใช้พลูโทเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนคือการเจือจางด้วยยูเรเนียมที่หมดสภาพหรือยูเรเนียมธรรมชาติ เนื่องจากสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน สัดส่วนมวลของพลูโทเนียมควรอยู่ที่ประมาณ 5% เชื้อเพลิงนี้เรียกว่ายูเรเนียม-พลูโทเนียมหรือเชื้อเพลิงผสม ควรสังเกตว่าเฉพาะไอโซโทปของพลูโทเนียมที่มีเลขคี่เท่านั้นที่ถูกฟิชชันในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน ไอโซโทปของพลูโทเนียม-241 ซึ่งมีความเข้มข้นในพลูโตเนียมพอลิไอโซโทปถึง 14 โดยน้ำหนัก% มีครึ่งชีวิตประมาณ 14 ปี ในขณะที่สร้างอะเมริเซียม 241 ด้วยรังสีแกมมาอย่างหนัก ซึ่งทำให้การทำงานกับพลูโทเนียมพอลิไอโซโทปมีความซับซ้อนในระยะยาว พื้นที่จัดเก็บ. นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียพลูโตเนียมเกรดพลังงาน (ประมาณ 9% ในระยะเวลา 10 ปี) พลูโทเนียมเกรดอาวุธต่างจากพลูโตเนียมชนิดโพลีไอโซโทปตรงที่มีไอโซโทป 239 เป็นหลักและสามารถจัดเป็นไอโซโทปเดี่ยวได้ ปัญหาหลักในการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ผสมไดออกไซด์คือการสร้างส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของพลูโทเนียมและยูเรเนียมไดออกไซด์ซึ่งใช้อัดเม็ด ความเป็นไปได้และความเป็นไปได้ในการใช้เชื้อเพลิงผสมไมโครสเฟียร์คัลไดออกไซด์โดยตรงสำหรับการผลิตส่วนประกอบเชื้อเพลิงด้วยแกนที่มีการสั่นสะเทือนหรือสำหรับการผลิตเม็ดจากพวกมันก็กำลังได้รับการพิจารณาเช่นกัน ข้อดีของการใช้ไมโครสเฟียร์เหนือผงคือรูปแบบที่สะดวกกว่าสำหรับการจัดการในทุกขั้นตอนของกระบวนการทางเทคโนโลยี และการเกิดฝุ่นน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงาน เทคโนโลยีการผลิตเม็ดเชื้อเพลิงจากผงที่มีพลูโทเนียมไดออกไซด์ประมาณ 5% การจัดเตรียมแท่งเชื้อเพลิงด้วยเม็ดหรือไมโครสเฟียร์ของเชื้อเพลิงผสมไดออกไซด์ และการออกแบบแท่งเชื้อเพลิงจะคล้ายกับที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงยูเรเนียม อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างพื้นฐานในการจัดองค์กรการผลิตเพื่อการผลิตองค์ประกอบเชื้อเพลิงด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ผสมไดออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้พลูโทเนียมโพลีไอโซโทป ในการสร้างสภาพแวดล้อมการแผ่รังสีตามปกติในสถานที่ผลิต อุปกรณ์ทั้งหมดจะต้องอยู่ในห้องที่ปิดสนิท และกระบวนการทางเทคโนโลยีทั้งหมดจะต้องเป็นอัตโนมัติในขอบเขตสูงสุดที่เป็นไปได้ รวมถึงการปฏิบัติการควบคุมด้วย ทั้งหมดนี้ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตแท่งเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น การออกแบบแท่งเชื้อเพลิงแบบคอนเทนเนอร์ที่ใกล้เคียงกับการออกแบบแท่งเชื้อเพลิงที่เสนอมากที่สุดคือ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงประกอบด้วยเปลือกทรงกระบอกและปลั๊กปลายทำจากโลหะผสมที่มีเซอร์โคเนียมเป็นส่วนประกอบหลัก ซึ่งภายในมีแกนอยู่ในรูปเม็ดเผาผนึกของยูเรเนียมไดออกไซด์หรือเชื้อเพลิงผสมที่มีปริมาณไอโซโทปฟิสไซล์ประมาณ 5% โดยน้ำหนัก และปริมาตรอิสระเพื่อชดเชยการบวมและการสะสมของชิ้นส่วนฟิชชันของก๊าซ เพื่อปรับปรุงการถ่ายเทความร้อนจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไปยังเปลือก ปริมาตรอิสระภายในจะเต็มไปด้วยฮีเลียม /1, p 45/. ข้อเสียของแท่งเชื้อเพลิงที่มีเชื้อเพลิงผสมคือต้นทุนในการผลิตแท่งเชื้อเพลิงนั้นสูงกว่า 4-5 เท่าเมื่อเทียบกับแท่งเชื้อเพลิงที่มีเชื้อเพลิงยูเรเนียม ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำให้ส่วนผสมของไดออกไซด์เป็นเนื้อเดียวกันและการกดอัดเม็ดในขณะที่ปฏิบัติตาม ด้วยข้อกำหนดด้านความปลอดภัยจากรังสีและกฎสุขอนามัย ควรสังเกตด้วยว่าในการเตรียมส่วนผสมที่มีพลูโทเนียมไดออกไซด์ 5% จำเป็นต้องแปรรูปวัสดุที่มีพลูโทเนียมมากกว่า 20 เท่า วัตถุประสงค์ทางเทคนิคหลักของการประดิษฐ์นี้คือการสร้างการออกแบบแท่งเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวตรอนความร้อน ซึ่งพลูโตเนียมหรือยูเรเนียมโพลีหรือโมโนไอโซโทปที่มีเศษส่วนมวลของนิวไคลด์ฟิสไซล์สูงถึง 100% สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้ ตรงกันข้ามกับการออกแบบที่รู้จักกันดีขององค์ประกอบเชื้อเพลิงประเภทภาชนะ ซึ่งแกนกลางประกอบด้วยส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของยูเรเนียมและพลูโตเนียมไดออกไซด์ การแก้ปัญหาทางเทคนิคทำได้โดยการปิดล้อมส่วนหนึ่งของแกนองค์ประกอบเชื้อเพลิงด้วยเศษส่วนมวลของ นิวไคลด์ฟิสไซล์ตั้งแต่ 20 ถึง 100% ในหนึ่งหลอดหรือหลายหลอดปิดผนึกที่มีรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ ซึ่งทำจากวัสดุโครงสร้างที่เหมือนกันหรือแตกต่างจากการหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง หลอดบรรจุมีปริมาตรอิสระเพื่อชดเชยการบวมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของแกนหลอดบรรจุและเพื่อรวบรวมชิ้นส่วนฟิชชันของก๊าซ แกนเชื้อเพลิงส่วนที่เหลือประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีสัดส่วนมวลของนิวไคลด์ฟิสไซล์สูงถึง 0.715% และนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์จาก 0.01 ถึง 100% เพื่อให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนออกจากหลอดบรรจุและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของแกนแท่งเชื้อเพลิง ช่องว่างที่เกิดจากหลอดบรรจุและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ภายในเปลือกหุ้มแท่งเชื้อเพลิงจะถูกเติมด้วยวัสดุสัมผัส ผลลัพธ์ทางเทคนิคที่ได้รับจากการประดิษฐ์ที่กล่าวอ้างคือ นอกเหนือจากการลดความเข้มข้นของแรงงานและปริมาตรของวัสดุที่มีพลูโทเนียมที่ผ่านการแปรรูปแล้ว การนำเข้าไปในแกนแท่งเชื้อเพลิงของหลอดแอมพูล ซึ่งภายในมากกว่า 70% ของชิ้นส่วนฟิชชันมีความเข้มข้น และ วัสดุสัมผัสซึ่งช่วยลดระดับอุณหภูมิของแกนเชื้อเพลิงทำให้มั่นใจได้ว่าแท่งเชื้อเพลิงในการทำงานที่เชื่อถือได้ในโหมดการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ที่คล่องแคล่วสร้างการป้องกันเพิ่มเติมอีกสองขั้นตอนสำหรับแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีหลักในกรณีที่แท่งเชื้อเพลิงลดแรงดันซึ่งทำให้เชื้อเพลิง คันเบ็ดมีอันตรายน้อยกว่าในสถานการณ์ฉุกเฉิน การออกแบบแท่งเชื้อเพลิงที่นำเสนอทำให้สามารถเพิ่มการผลิตพลังงานได้ เนื่องจากอัตราและขนาดของการเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาตรในส่วนของแกนแท่งเชื้อเพลิงที่มีนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับแกนแท่งเชื้อเพลิงของการออกแบบเก่าที่ทำจากส่วนผสม เชื้อเพลิง เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรในแกนหลอดบรรจุซึ่งชิ้นส่วนฟิชชันจำนวนมากสะสมจะได้รับการชดเชยในหลอด ยิ่งกว่านั้น แกนแท่งเชื้อเพลิงยังมีอุณหภูมิในการทำงานที่ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด วิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่นำเสนอทำให้สามารถเปลี่ยนแปลงการออกแบบและวัสดุของหลอดบรรจุ วัสดุและรูปร่างของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของหลอดบรรจุและแกนแท่งเชื้อเพลิง อัตราส่วนของปริมาณของนิวไคลด์ฟิสไซล์และนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์ การใช้สิ่งเดียวกันหรือ วัสดุสัมผัสที่แตกต่างกันในหลอดบรรจุและแกนแท่งเชื้อเพลิง การใช้หากจำเป็น ในหลอดบรรจุและแกนแท่งเชื้อเพลิง และในวัสดุก่อสร้างของหลอดบรรจุตัวดูดซับที่เผาไหม้ได้ การใช้เก็ตเตอร์ในหลอดบรรจุ ในแกนเชื้อเพลิงของหลอดขอแนะนำให้ใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในรูปแบบของอนุภาค (ปลายข้าว) หรือรูปร่างซ้ำ (เม็ด) จากพลูโทเนียมไดออกไซด์หรือในรูปแบบของลวดเทปหรือเม็ดจากโลหะผสมของพลูโทเนียมกับแกลเลียม เมื่อใช้พลูโตเนียมโมโนไอโซโทป และในแกนเชื้อเพลิง - สารประกอบเคมีหรือโลหะผสมของยูเรเนียมหรือทอเรียม เช่น ไดออกไซด์ ซิลิไซด์ ไนไตรด์ โลหะผสมของยูเรเนียมที่มีโมลิบดีนัม 9% เป็นต้น ในขณะที่รูปทรงและขนาดทางเรขาคณิตของนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงในแกนหลอดและแกนแท่งเชื้อเพลิงสามารถเหมือนกันได้ เช่น กรวด-กรวด แกรนูล-แกรนูล หรือต่างกัน เช่น แกรนูล แกรนูล บล็อก ฯลฯ ในเชิงโครงสร้าง หลอดบรรจุสามารถทำในรูปแบบของลูกบอล ดิสก์ วงแหวน แผ่นหลายเหลี่ยมหรือรูปทรง ตรง บิดสัมพันธ์กับแกนตามยาว หรือเทปหรือแท่งที่พันเป็นเกลียวต่างๆ โดยมีทรงกลม วงรี สามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า รูปทรงหลายเหลี่ยม แบบสามกลีบหรือหลายกลีบ หรือหน้าตัดอื่นๆ รวมทั้งมีโครงสำหรับเว้นระยะห่างในแกนแท่งเชื้อเพลิง ความยาวของแกนเชื้อเพลิงของหลอดบรรจุสามารถจับคู่หรือเป็นหลายเท่าของความยาวของแกนเชื้อเพลิงได้ ปริมาตรการชดเชยของหลอดบรรจุสามารถอยู่ในแกนแกนเชื้อเพลิงทั้งหมดหรือเคลื่อนย้ายออกไปด้านนอกบางส่วนโดยใช้รูปทรงของหลอดบรรจุแบบเดียวกันหรือแบบดัดแปลง นอกจากนี้ ยังสามารถวางทะเยอทะยานในปริมาณการชดเชยได้ หากจำเป็นต้องโหลดไอโซโทปฟิสไซล์ไม่สม่ำเสมอตามความยาวของแกนกลางของแท่งเชื้อเพลิง ก็สามารถตรวจสอบได้ด้วยจำนวนและระยะห่างของหลอดบรรจุ โดยการบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ลงในหลอดบรรจุโดยมีความยาวแกนกลางซึ่งเป็นจำนวนเท่าของแกนกลางของแท่งเชื้อเพลิง และระยะพิทช์หน้าตัดแปรผัน การบิดหรือคดเคี้ยวด้วยความยาวของแกนหลอดบรรจุซึ่งสอดคล้องกับความยาวแกนแท่งเชื้อเพลิง เป็นวัสดุสัมผัสกันในแกนแท่งเชื้อเพลิงและแกนหลอดบรรจุ วัสดุที่อยู่ในสถานะของแข็งภายใต้สภาวะการทำงานของแท่งเชื้อเพลิง เช่น แมกนีเซียม โลหะผสมอะลูมิเนียม เป็นต้น หรืออยู่ในสถานะของเหลว (โลหะผสมตะกั่วกับบิสมัท โซเดียม ฯลฯ) สามารถนำมาใช้และในการรวมกันของสถานะใดๆ (ของเหลว-ของเหลว, ของแข็ง-ของเหลว, ของแข็ง-ของแข็ง, ของเหลว-ของแข็ง) และองค์ประกอบทางเคมี วัสดุหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิงและหลอดสามารถเหมือนกันได้เช่นโลหะผสมเซอร์โคเนียม E-110 - โลหะผสมเซอร์โคเนียม E-110 สแตนเลส EI-847 - สแตนเลส EI-847 หรือที่แตกต่างกันเช่นเซอร์โคเนียม โลหะผสม E-110 - สแตนเลส EI-847 , โลหะผสมเซอร์โคเนียม E-110 - โลหะผสมเซอร์โคเนียม E-125, สแตนเลส EI-844BU-ID, สแตนเลส EI-852 เป็นต้น หากจำเป็น สามารถนำตัวดูดซับที่เผาไหม้ได้เข้าไปในนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงของแท่งเชื้อเพลิงและหลอดบรรจุ และ/หรือ อยู่ในรูปส่วนผสมของอนุภาคของตัวดูดซับที่เผาไหม้ได้กับอนุภาคของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของแท่งเชื้อเพลิงและหลอดบรรจุ และ/หรือ เข้าไปในวัสดุโครงสร้างของหลอดบรรจุ โดยที่สารเคมีเหมือนกันหรือต่างกันในทางเคมี องค์ประกอบและ/หรือความเข้มข้นของไอโซโทปดูดซับ ตัวอย่างเช่นในแกนแท่งเชื้อเพลิงมีแกโดลิเนียมออกไซด์ในองค์ประกอบของอนุภาคเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนหลอด - แกโดลิเนียมออกไซด์ในรูปแบบของอนุภาคผสมกับอนุภาคเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในวัสดุหลอด - โบรอนในโลหะผสมเซอร์โคเนียม การวิเคราะห์เปรียบเทียบระหว่างโซลูชันทางเทคนิคที่เสนอกับโซลูชันที่ทราบช่วยให้เราสามารถสร้างความสอดคล้องของโซลูชันทางเทคนิคที่เสนอกับข้อกำหนดสำหรับการประดิษฐ์ได้ การประดิษฐ์นี้แสดงด้วยภาพวาด รูปที่ 1 แสดงแท่งเชื้อเพลิงที่มีหลอดทรงกระบอกสามหลอดซึ่งมีแกนที่มีความยาวสอดคล้องกับความยาวของแกนแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งเป็นวัสดุสัมผัสในแกนแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งภายใต้สภาวะการทำงานของแท่งเชื้อเพลิง ในรูป รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีหลอดบรรจุทรงกระบอกซึ่งมีแกนซึ่งมีความยาวเท่ากับความยาวหลายเท่าของความยาวของแกนส่วนประกอบเชื้อเพลิง และวัสดุสัมผัสของหลอดบรรจุและแกนส่วนประกอบเชื้อเพลิง ซึ่งอยู่ในสถานะของเหลวภายใต้สภาวะการทำงาน รูปที่ 3 แสดงส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีหนึ่งหลอดในรูปแบบของเทปบิดเกลียวที่มีความยาวแกนซึ่งสอดคล้องกับความยาวของแกนองค์ประกอบเชื้อเพลิง โดยมีถังเก็บก๊าซอยู่ด้านนอกแกนองค์ประกอบเชื้อเพลิง ในรูป รูปที่ 4 แสดงส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีหนึ่งหลอดในรูปแบบของเทปโปรไฟล์ บิดเป็นเกลียวทรงกระบอก โดยมีความยาวแกนที่สอดคล้องกับความยาวของแกนองค์ประกอบเชื้อเพลิง ซึ่งเป็นตัวรวบรวมก๊าซที่อยู่นอกแกนองค์ประกอบเชื้อเพลิง การออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิง (ดูรูปที่ 1) เป็นเปลือก (1) ปิดผนึกที่ปลายด้วยปลั๊ก (2) ภายในซึ่งมีแกน (3) ซึ่งประกอบด้วยส่วนผสมอัดแรงสั่นสะเทือนของเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ประกอบด้วยนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์ (4) และตัวดูดซับเม็ดที่เผาไหม้ได้ (5) ในช่องว่างระหว่างที่วางวัสดุสัมผัส (6) ซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งภายใต้สภาวะการทำงานขององค์ประกอบเชื้อเพลิง หลอดบรรจุทรงกระบอก 3 หลอด (7) อยู่ในแกนแท่งเชื้อเพลิงที่ระยะห่าง 120 o มีช่องว่างระหว่างหลอดและเปลือกอย่างน้อย 0.1 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอด และเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำสุดของแกรนูลอย่างน้อย 1.2 เท่าของช่องว่าง หลอดบรรจุเป็นท่อผนังบางทรงกระบอก (8) ปิดผนึกที่ปลายด้วยปลั๊ก (9) ภายในซึ่งมีแกน (10) ประกอบด้วยส่วนผสมที่สั่นสะเทือนอัดแน่นของเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีรูพรุนซึ่งมีนิวไคลด์ฟิสไซล์ (11 ) และทะเยอทะยาน (12) ขนาดเม็ดสูงสุดไม่เกิน 0.3 ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของหลอด ปริมาตรการชดเชยในหลอด (13) คือความพรุนตามขอบเกรนและในแกรนูล ในการจัดตำแหน่งจุดเริ่มต้นของแกนแท่งเชื้อเพลิงและหลอดบรรจุ ปลั๊กด้านล่างมีแหวนรอง (14) พร้อมช่องสำหรับหลอดซึ่งมีความหนาเท่ากับระยะห่างจากปลายหลอดถึงจุดเริ่มต้นของแกนหลอด เหนือชั้นของแกนแท่งเชื้อเพลิงจะมีปลั๊ก (15) ที่ทำจากวัสดุเฉื่อยซึ่งมีความสูงมากกว่าส่วนที่ยื่นออกมาของหลอดบรรจุเหนือแกนแท่งเชื้อเพลิง วัสดุของปลั๊กเปลือกและก้านเชื้อเพลิงเป็นโลหะผสมเซอร์โคเนียม เช่น E-110 และวัสดุของหลอดและปลั๊กเป็นสแตนเลส เช่น เหล็ก EI-844BU-ID โลหะผสมและสารประกอบของยูเรเนียมหรือทอเรียมที่หมดสภาพหรือเป็นธรรมชาติที่มีโมลิบดีนัม เซอร์โคเนียม ไนโตรเจน ซิลิคอน อลูมิเนียม ฯลฯ สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหรับแกนแท่งเชื้อเพลิง ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนที่ต้องการของนิวไคลด์ฟิชไซล์และนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์ในแท่งเชื้อเพลิง แกนกลางของหลอดบรรจุคือพลูโทเนียมไดออกไซด์หรือยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง แกโดลิเนียมออกไซด์ โบรอนคาร์ไบด์ แกโดลิเนียมไททาเนต ฯลฯ สามารถใช้เป็นตัวดูดซับที่เผาได้ โลหะผสมแมกนีเซียมหรืออลูมิเนียมสามารถใช้เป็นวัสดุสัมผัสของแกนแท่งเชื้อเพลิงได้ วัสดุทะเยอทะยานที่ใช้คือสารประกอบที่ประกอบด้วยแบเรียม พร้อมด้วยเซอร์โคเนียม อลูมิเนียม และนิกเกิล วัสดุไม้ก๊อกเป็นอนุภาคอลูมิเนียมออกไซด์เผา (เมล็ดบด) การออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิง (ดูรูปที่ 2) เป็นเปลือก (1) ปิดผนึกที่ปลายด้วยปลั๊ก (2) ภายในซึ่งมีแกน (3) ประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์ (4) และ มีรูปบล็อกทรงกระบอกมีร่อง 6 ร่องทุกๆ 60 o ตามแนวกำเนิดของกระบอกสูบ และวัสดุสัมผัส (6) วางอยู่ในช่องว่างระหว่างบล็อกกับเปลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิง และอยู่ในสถานะของเหลวภายใต้สภาวะการทำงาน ระดับของวัสดุสัมผัสสูงกว่าระดับของบล็อกสุดท้าย 3-5 มม. หลอดบรรจุทรงกระบอก (7) อยู่ในร่องของบล็อก หลอดบรรจุเป็นท่อผนังบางทรงกระบอก (8) ปิดผนึกที่ปลายด้วยปลั๊ก (9) ภายในซึ่งมีแกนกลาง (10) ประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีนิวไคลด์ฟิสไซล์ (11) ในรูปของเม็ดที่มี เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 0.3 หรือลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 0.7 ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของหลอดและวัสดุสัมผัส (16) ซึ่งอยู่ในสถานะของเหลวภายใต้สภาวะการทำงานขององค์ประกอบเชื้อเพลิง ระดับของวัสดุสัมผัสนั้นสูงกว่าระดับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในหลอด 2 - 3 มม. ปริมาตรการชดเชยในหลอดบรรจุ (13) คือปริมาตรอิสระที่อยู่เหนือระดับของวัสดุสัมผัส ในการจัดตำแหน่งจุดเริ่มต้นของแกนแท่งเชื้อเพลิงและหลอดบรรจุจะมีวงแหวน (14) ที่ปลั๊กแท่งเชื้อเพลิงด้านล่างซึ่งตามโปรไฟล์ของบล็อกซึ่งมีความหนาเท่ากับระยะห่างจากปลายหลอดบรรจุ จนถึงจุดเริ่มต้นของแกนหลอด หลอดบรรจุตามความยาวขององค์ประกอบเชื้อเพลิงตั้งอยู่ในลักษณะที่ว่าในร่องของแต่ละบล็อก ยกเว้นชิ้นแรก แกนและปริมาตรการชดเชยของหลอดบรรจุสลับกันทุกๆ 60 o สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากความจริงที่ว่าความยาวของหลอดเท่ากับความสูงของบล็อกจำนวนคู่ (ในรูปที่ 1 เท่ากับสองบล็อก) ความยาวของบล็อกแกนแกนเชื้อเพลิงเท่ากับความยาวของ แกนของหลอดและในบล็อกแรก เครื่องจำลองหลอด (17) ที่มีความยาวเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวจะถูกติดตั้งในหลอดสามร่อง ในระยะห่างของหลอดและบล็อกระหว่างตัวเองกับเปลือก บนพื้นผิวด้านนอกของหลอดจะมีลวดพันเกลียว (18) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 0.1 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของหลอดซึ่งปลายจะเชื่อมเข้าที่ปลาย ของหลอดบรรจุ เพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงปริมาตรในแกนแท่งเชื้อเพลิงและรวบรวมชิ้นส่วนฟิชชันของก๊าซที่ปล่อยออกมาจะมีปริมาตรอิสระ (19) เหนือระดับของวัสดุสัมผัส วัสดุของเปลือกและปลั๊กของแท่งเชื้อเพลิงและหลอดบรรจุสามารถเหมือนกันกับแท่งเชื้อเพลิงที่แสดงในรูปที่ 1 วัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของแกนเชื้อเพลิงอาจเป็นโลหะผสมและสารประกอบของยูเรเนียมที่หมดสภาพหรือยูเรเนียมธรรมชาติหรือทอเรียมกับโมลิบดีนัม เซอร์โคเนียม ซิลิคอน อะลูมิเนียม ฯลฯ และวัสดุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของแกนหลอดบรรจุอาจเป็นโลหะผสมของพลูโทเนียมกับแกลเลียม หรือโลหะผสมของยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงกับโมลิบดีนัม วัสดุสัมผัสของแกนแท่งเชื้อเพลิงอาจเป็นโลหะผสมตะกั่ว-บิสมัท และวัสดุสัมผัสของแกนหลอดบรรจุอาจเป็นโลหะผสมตะกั่ว-บิสมัทหรือโซเดียมก็ได้ การออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิง (ดูรูปที่ 3) เป็นเปลือก (1) ปิดผนึกที่ปลายด้วยปลั๊ก (2) ภายในซึ่งมีแกน (3) ซึ่งประกอบด้วยส่วนผสมอัดแรงสั่นสะเทือนของเม็ดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (4) ประกอบด้วยนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์และตัวดูดซับที่เผาไหม้ได้ (5) ในช่องว่างระหว่างที่มีวัสดุสัมผัส (6) ซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งภายใต้สภาวะการทำงาน ตรงกลางแกนเชื้อเพลิงจะมีหลอดบรรจุ (7) หลอดบรรจุเป็นเทปกลวง (8) ปิดผนึกที่ปลายล่างด้วยปลั๊ก (9) และบิดสัมพันธ์กับแกนตามยาวภายในซึ่งมีแกน (10) ประกอบด้วยเม็ดอัดแรงสั่นสะเทือนของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีนิวไคลด์ที่อุดมสมบูรณ์ (11) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเม็ดสูงสุดไม่เกิน 0 ,3 ความหนาของแกน และที่ส่วนบนของหลอด นอกแกนแท่งเชื้อเพลิง จะมีทะเยอทะยาน (12) อยู่ ในการจัดตำแหน่งจุดเริ่มต้นของแท่งเชื้อเพลิงและแกนหลอดบรรจุจะมีวงแหวน (14) พร้อมช่องสำหรับหลอดซึ่งมีความหนาเท่ากับระยะห่างจากปลายหลอดถึงจุดเริ่มต้นของแกนหลอด เหนือชั้นของแกนแท่งเชื้อเพลิงจะมีปลั๊ก (15) ที่ทำจากวัสดุเฉื่อยซึ่งมีความสูงเท่ากับระยะห่างจากแกนแท่งเชื้อเพลิงถึงตัวสะสมก๊าซ (20) ปริมาตรการชดเชยของหลอดบรรจุ (13) คือความพรุนตามขอบเกรนและตัวสะสมก๊าซ (20) แกนเชื้อเพลิงของหลอดบรรจุถูกแยกออกจากตัวสะสมก๊าซด้วยก้อนก๊าซที่ซึมผ่านได้ (21) วัสดุทั้งหมดของการออกแบบแท่งเชื้อเพลิงนี้มีความคล้ายคลึงกับวัสดุของการออกแบบแท่งเชื้อเพลิงดังแสดงในรูปที่ 1 1. อย่างไรก็ตาม สำหรับองค์ประกอบเชื้อเพลิงนี้ อลูมิเนียมอัลลอยด์สามารถใช้เป็นวัสดุเปลือกหลอดได้ การออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิง (ดูรูปที่ 4) เป็นเปลือก (1) ปิดผนึกที่ปลายด้วยปลั๊ก (2) ภายในซึ่งมีแกน (3) ประกอบด้วยเม็ดอัดแน่นด้วยการสั่นสะเทือนซึ่งมีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่อุดมสมบูรณ์ นิวไคลด์ (4) และตัวดูดซับที่เผาไหม้ได้ ( 5) ในช่องว่างระหว่างที่มีวัสดุสัมผัส (6) ซึ่งอยู่ในสถานะของแข็งภายใต้สภาวะการทำงาน หลอดบรรจุ (7) ตั้งอยู่ในแกนแท่งเชื้อเพลิง หลอดบรรจุเป็นเทปโปรไฟล์ที่พันเป็นรูปเกลียวทรงกระบอกบนพื้นผิวด้านนอกซึ่งมีซี่โครงที่ให้ช่องว่างระหว่างส่วนทรงกระบอกของหลอดหลอดและเปลือกอย่างน้อย 0.15 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำสุดของ เม็ดแกนแท่งเชื้อเพลิงมีขนาดใหญ่กว่าช่องว่าง 1.2 เท่า หลอดบรรจุถูกปิดผนึกที่ด้านล่างด้วยปลั๊ก (9) ภายในหลอดบรรจุจะมีแกนกลาง (10) ที่มีความยาวสอดคล้องกับความยาวของแกนแท่งเชื้อเพลิง ซึ่งประกอบด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีนิวไคลด์ฟิสไซล์ (11) ในการจัดตำแหน่งจุดเริ่มต้นของแท่งเชื้อเพลิงและแกนหลอดบรรจุจะมีวงแหวน (14) พร้อมช่องสำหรับหลอดซึ่งมีความหนาเท่ากับระยะห่างจากปลายหลอดถึงจุดเริ่มต้นของแกนหลอด เหนือชั้นของแกนแท่งเชื้อเพลิงจะมีปลั๊ก (15) ที่ทำจากวัสดุเฉื่อยซึ่งมีความสูงเท่ากับระยะห่างจากแกนแท่งเชื้อเพลิงถึงตัวสะสมก๊าซ (20) ปริมาตรการชดเชยของหลอดบรรจุ (13) คือความพรุนตามขอบเกรนและตัวสะสมก๊าซ (20) แกนเชื้อเพลิงของหลอดบรรจุถูกแยกออกจากตัวสะสมก๊าซด้วยก้อนก๊าซที่ซึมผ่านได้ (21) วัสดุก้านเชื้อเพลิงทั้งหมดจะคล้ายคลึงกับวัสดุของการออกแบบก้านเชื้อเพลิงดังแสดงในรูปที่ 1 1 โดยคำนึงถึงว่าในการออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิงนี้ วัสดุของเปลือกหลอดอาจเป็นโลหะผสมอลูมิเนียม การผลิตองค์ประกอบเชื้อเพลิงดังแสดงในรูปที่ 1 1 ทดสอบในสภาพห้องปฏิบัติการ เปลือก (1) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 9.15 x 7.72 มม. ยาว 950 มม. และปลั๊กทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียม E-110 หลอดบรรจุ (7) ทำจากหลอดคาปิลลารี (8) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 x 1.26 มม. มีการใช้เหล็ก EI-844BU-ID เป็นวัสดุสำหรับหลอดและปลั๊ก หลอดบรรจุประกอบด้วยแกน (10) ที่ทำจากส่วนผสมอัดแรงสั่นสะเทือนของเม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์ 98% โดยน้ำหนัก และโลหะผสมแบเรียมกับเซอร์โคเนียม 2% โดยน้ำหนัก เม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์มีความพรุนภายใน 12-15% องค์ประกอบที่เป็นเศษส่วนของของผสมแกรนูลคือ -0.4+0.08 มม. ความพรุนในแกรนูลและตามขอบเกรนรวมซึ่งเป็นปริมาตรการชดเชย (13) คำนวณเป็น 50 - 55% ความยาวของแกนหลอดคือ 900-5 มม. ในการจัดแนวแกนของหลอด (10) และก้านเชื้อเพลิง (3) จึงมีการติดตั้งแหวนรอง (14) หนา 4 มม. ทำจากโลหะผสมเซอร์โคเนียม E-110 ส่วนผสมที่ถูกบดอัดด้วยแรงสั่นสะเทือนของเม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์ (4) 95 % โดยน้ำหนักถูกใช้เป็นวัสดุแกนแกนเชื้อเพลิง (3) และแกโดลิเนียมออกไซด์ (5) 5% โดยน้ำหนัก องค์ประกอบเศษส่วน -0.5 + 0.315 มม. ชุบด้วยวัสดุหน้าสัมผัส (7) - อลูมิเนียมอัลลอยด์น้ำหนัก 12% ซิลิคอน ความยาวของแกนแท่งเชื้อเพลิงคือ 900 - 5 มม. และปริมาตรบรรจุด้วยเม็ดคือ 60 - 65% เหนือชั้นของแกนแท่งเชื้อเพลิงปลั๊ก (15) ถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคของอลูมิเนียมออกไซด์เผาที่มีรูปร่างกลม (บด) โดยมีองค์ประกอบเป็นเศษส่วน 0.5 - 0.6 มม. ซึ่งถูกชุบด้วยวัสดุสัมผัสด้วย หลอดบรรจุในแกนแท่งเชื้อเพลิงอยู่ที่ช่วง 120 o โดยมีช่องว่างระหว่างหลอดหลอดกับส่วนหุ้ม 0.2 มม. การผลิตหลอดบรรจุดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้ ตัดแต่งท่อให้ได้ขนาด ปิดผนึกปลายด้านหนึ่งของหลอดบรรจุ สั่น เติมฮีเลียมลงในหลอดบรรจุ และปิดผนึกปลายที่สองของหลอดบรรจุ ตรวจสอบความแน่นของหลอดบรรจุ และการกระจายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สม่ำเสมอตลอดความยาวของหลอดบรรจุ การผลิตองค์ประกอบเชื้อเพลิงรวมถึงการดำเนินการทางเทคโนโลยีดังต่อไปนี้ ตัดแต่งท่อให้ได้ขนาดและปิดผนึกปลายด้านหนึ่ง ติดตั้งแหวนรองและหลอดบรรจุ เขย่าก้านเชื้อเพลิง เพิ่มปลั๊กและชุบแกนแท่งเชื้อเพลิงและเสียบด้วยอลูมิเนียมหลอมเหลว ปิดผนึกปลายที่สองของแท่งเชื้อเพลิง จีบก้านเชื้อเพลิง ด้วยฮีเลียมและตรวจสอบความแน่น, ติดตามการกระจายของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแท่งเชื้อเพลิง, คุณภาพของวัสดุสัมผัสของการชุบและรูปลักษณ์ ผลการผลิตตัวอย่างแท่งเชื้อเพลิงในห้องปฏิบัติการพบว่าการกระจายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในหลอดอย่างไม่สม่ำเสมอไม่เกิน 7% และในแท่งเชื้อเพลิง - 10% คุณภาพของการทำให้แกนแท่งเชื้อเพลิงมีคุณภาพดีและลักษณะของแท่งเชื้อเพลิงนั้นสอดคล้องกับตัวอย่างควบคุม เทคโนโลยีการผลิตสำหรับการออกแบบส่วนประกอบเชื้อเพลิงในรูปแบบอื่น ๆ นั้นคล้ายคลึงกับที่ระบุไว้ข้างต้น เฉพาะในรูปแบบที่มีส่วนประกอบเชื้อเพลิงแบบแถบเท่านั้นที่ท่อจะถูกทำโปรไฟล์ด้วยและหลอดบรรจุที่เติมจะได้รับรูปทรงที่ต้องการ ดังนั้นความเป็นไปได้ที่แท้จริงของการสร้างแท่งเชื้อเพลิงของการออกแบบที่เสนอจึงแสดงให้เห็นและการรวมกันขององค์ประกอบเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เลือกโครงสร้างการสัมผัสและวัสดุอื่น ๆ และการออกแบบของหลอดบรรจุจะช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเพิ่มทรัพยากรและเพิ่มความน่าเชื่อถือของการดำเนินงาน ของแท่งเชื้อเพลิงในโหมดเคลื่อนที่ได้ภายใต้สภาวะการทำงานเฉพาะของเครื่องปฏิกรณ์ เมื่อใช้แท่งเชื้อเพลิงตามการประดิษฐ์ที่กล่าวอ้าง สามารถใช้รูปทรง ขนาด และรูปทรงอื่นๆ ของแกรนูล โครงสร้าง นิวเคลียร์ วัสดุที่เผาไหม้ได้ และตัวรับ และการวางตำแหน่งในแกนแท่งเชื้อเพลิง ที่ไม่ได้พิจารณาในตัวอย่างข้างต้น สามารถนำมาใช้ได้ การใช้แท่งเชื้อเพลิงตามการประดิษฐ์ที่กล่าวอ้างในเครื่องปฏิกรณ์กำลังมีความประหยัดมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแท่งเชื้อเพลิงที่ใช้เชื้อเพลิงผสม และตอบสนองข้อกำหนดด้านนิเวศวิทยา สุขอนามัย และความปลอดภัยของรังสีได้ดีกว่า แหล่งข้อมูลที่ใช้ 1. "การพัฒนา การผลิต และการทำงานขององค์ประกอบเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์พลังงาน" เล่ม 1 มอสโก Energoatomizdat, 1995 (ต้นแบบ หน้า 45) 2. A. G. Samoilov, A. I. Kashtanov, V. S. Volkov "องค์ประกอบเชื้อเพลิงที่กระจายตัวของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์" เล่มที่ 1 มอสโก Energoizdat, 2525

บทความนี้พูดถึงว่าแท่งเชื้อเพลิงคืออะไร จำเป็นสำหรับสิ่งใด ใช้ที่ไหน วิธีสร้างแท่งเชื้อเพลิง และมีเครื่องปฏิกรณ์ที่ไม่ใช้แท่งเชื้อเพลิงหรือไม่

ยุคอะตอม

อาจเป็นสาขาพลังงานที่อายุน้อยที่สุดคือนิวเคลียร์ ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจได้บางส่วนว่ากัมมันตภาพรังสีคืออะไรและสารใดมีคุณสมบัติเหล่านี้ และความรู้นี้คร่าชีวิตผู้คนจำนวนมากเนื่องจากผลการทำลายล้างของรังสีต่อสิ่งมีชีวิตยังไม่ทราบมาเป็นเวลานาน

ในเวลาต่อมา วัสดุกัมมันตภาพรังสีพบการประยุกต์ใช้ในชีวิตทั้งพลเรือนและทหาร ในปัจจุบัน ประเทศที่พัฒนาแล้วทุกประเทศมีอาวุธนิวเคลียร์และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เป็นของตัวเอง ซึ่งทำให้สามารถรับพลังงานจำนวนมากได้โดยไม่คำนึงถึงเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือทรัพยากรธรรมชาติ เช่น น้ำ (เรากำลังพูดถึงโรงไฟฟ้าพลังน้ำ)

ทีวีเอลคือ...

แต่การที่จะสร้างเพื่อผลิตไฟฟ้าหรือวัตถุประสงค์อื่น ๆ คุณต้องสร้างเชื้อเพลิงที่เหมาะสมก่อน เพราะถึงแม้ยูเรเนียมธรรมชาติจะมีกัมมันตภาพรังสี แต่พลังงานของมันก็ไม่เพียงพอ ดังนั้นในเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ เชื้อเพลิงจะถูกใช้ ซึ่งในทางกลับกันจะถูกบรรจุลงในอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่าแท่งเชื้อเพลิง องค์ประกอบเชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์พิเศษที่เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และมีการออกแบบและประเภทของเชื้อเพลิงซึ่งเราจะวิเคราะห์โดยละเอียดเพิ่มเติม

ออกแบบ

ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์ พารามิเตอร์บางอย่างขององค์ประกอบเชื้อเพลิงอาจแตกต่างกันไป แต่การออกแบบทั่วไปและหลักการออกแบบจะเหมือนกัน พูดง่ายๆ ก็คือ แท่งเชื้อเพลิงคือท่อกลวงที่ทำจากโลหะอื่นๆ เพื่อใช้ติดตั้งเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมไดออกไซด์

เชื้อเพลิง

ยูเรเนียมเป็นวัสดุกัมมันตภาพรังสีที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยมีไอโซโทปอื่นๆ อีกมากมายที่ผลิตจากมัน ใช้ทั้งในอุตสาหกรรมและในอาวุธ การสกัดมันไม่แตกต่างจากการสกัดถ่านหินมากนักและในสภาพธรรมชาตินั้นปลอดภัยสำหรับผู้คนอย่างแน่นอน ดังนั้นเรื่องราวเกี่ยวกับสถานที่ซึ่งนักโทษถูกเนรเทศจึงไม่มีอะไรมากไปกว่าตำนาน บุคคลมีแนวโน้มที่จะเสียชีวิตจากการขาดแสงแดดและการทำงานหนักในเหมืองมากกว่าจากการเจ็บป่วยจากรังสี

ยูเรเนียมถูกขุดง่ายมาก - หินถูกทำลายด้วยการระเบิดหลังจากนั้นจะถูกส่งไปยังพื้นผิวซึ่งจะถูกคัดแยกและดำเนินการต่อไป กระบวนการเสริมสมรรถนะยูเรเนียมสามารถทำได้หลายวิธี แต่ในรัสเซียทำได้โดยใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงแก๊ส ขั้นแรก ยูเรเนียมจะถูกแปลงเป็นสถานะก๊าซ หลังจากนั้นก๊าซจะถูกแยกออกด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยงภายใต้อิทธิพลของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ และไอโซโทปที่จำเป็นจะถูกแยกออก หลังจากนั้น พวกมันจะถูกแปลงเป็นยูเรเนียมไดออกไซด์ กดเป็นเม็ด และบรรจุลงในแท่งเชื้อเพลิง นี่เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตเชื้อเพลิงสำหรับส่วนประกอบเชื้อเพลิง

แอปพลิเคชัน

จำนวนแท่งเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์ขึ้นอยู่กับขนาด ชนิด และกำลังของเครื่องปฏิกรณ์ หลังจากการผลิต พวกเขาจะถูกโหลดเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งเริ่มเกิดปฏิกิริยาการสลายตัวของนิวเคลียร์ ซึ่งเป็นผลมาจากการปล่อยความร้อนจำนวนมหาศาลซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน นอกจากนี้พลังงานของเครื่องปฏิกรณ์สามารถควบคุมได้โดยจำนวนองค์ประกอบเชื้อเพลิงในพื้นที่ทำงาน ในบางครั้งเมื่อมีการใช้พวกเขาจะถูกแทนที่ด้วยเม็ดใหม่ด้วยเม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์ "สด" ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแท่งเชื้อเพลิงหมายถึงอะไร ผลิตขึ้นมาอย่างไร และจำเป็นสำหรับอะไร อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทุกเครื่องจะต้องการองค์ประกอบดังกล่าว และสิ่งเหล่านี้คือ RTG

RTG

ไอโซโทปรังสีเป็นอุปกรณ์ที่มีหลักการคล้ายกับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่กระบวนการของพวกมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่ของการสลายตัวของอะตอม แต่เป็นปฏิกิริยาทางความร้อน พูดง่ายๆ ก็คือเป็นการติดตั้งขนาดใหญ่ที่สร้างความร้อนได้มากจากวัสดุกัมมันตรังสีซึ่งจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยตรง RTG ต่างจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตรงที่ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และมีความน่าเชื่อถือ กะทัดรัด และทนทานมากกว่า แต่ในขณะเดียวกันก็มีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาก

ส่วนใหญ่จะใช้ในสภาวะที่ไม่สามารถรับพลังงานด้วยวิธีอื่นหรือวิธีการเหล่านี้ยากมาก ในช่วงหลายปีของสหภาพโซเวียต RTG ถูกส่งไปยังสถานีวิจัยและอุตุนิยมวิทยาของ Far North ประภาคารชายฝั่ง ทุ่นทะเล ฯลฯ

ปัจจุบันอายุการใช้งานหมดลงแล้ว แต่บางส่วนยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิมและมักไม่ได้รับการปกป้องแต่อย่างใด ด้วยเหตุนี้จึงเกิดอุบัติเหตุขึ้นเช่นนักล่าโลหะที่ไม่ใช่เหล็กพยายามรื้อถอนสิ่งปลูกสร้างเหล่านี้หลายแห่งและได้รับรังสีที่รุนแรงและในจอร์เจียชาวบ้านใช้พวกมันเป็นแหล่งความร้อนและยังต้องทนทุกข์ทรมานจากการเจ็บป่วยจากรังสี

ตอนนี้เรารู้โครงสร้างขององค์ประกอบเชื้อเพลิงแล้วและได้วิเคราะห์คำจำกัดความแล้ว แท่งเชื้อเพลิงเป็นส่วนสำคัญของเครื่องปฏิกรณ์ โดยที่การดำเนินการดังกล่าวจะไม่สามารถทำได้

องค์ประกอบเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) เป็นส่วนโครงสร้างหลักของแกนที่ต่างกันซึ่งส่วนใหญ่จะกำหนดความน่าเชื่อถือขนาดและต้นทุน

การหุ้มก้านเชื้อเพลิงได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันการสัมผัสโดยตรงของสารหล่อเย็นและเชื้อเพลิง เพื่อป้องกันการปล่อยผลิตภัณฑ์ฟิชชันของเชื้อเพลิงกัมมันตภาพรังสีเข้าไปในสารหล่อเย็น รวมถึงการกัดกร่อนและการกัดเซาะของแกนเชื้อเพลิง การหุ้มเป็นองค์ประกอบโครงสร้างที่ช่วยให้แท่งเชื้อเพลิงมีรูปร่างที่ต้องการและดูดซับภาระทั้งหมดที่มีแนวโน้มที่จะทำลายแท่งเชื้อเพลิง การหุ้มเชื้อเพลิงเป็นส่วนโครงสร้างที่สำคัญที่สุดของโซนที่ทำงานอยู่ ซึ่งทำงานภายใต้สภาวะที่รุนแรงที่สุด เพื่อลดการดูดซึมนิวตรอนในเปลือก แนะนำให้ทำให้มันบางที่สุด ความหนาของเปลือกโลหะซึ่งพิจารณาจากสภาวะความแข็งแรงและเทคโนโลยีการผลิตมักจะอยู่ที่ 0.3 - 0.8 มม.

ข้อกำหนดหลักประการหนึ่งสำหรับวัสดุเปลือกสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนคือหน้าตัดการดูดซับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็ก ซึ่งจำเป็นต่อการลดการสูญเสียนิวตรอน

ปัจจุบัน เปลือกที่ทำจากเซอร์โคเนียมและโลหะผสมของเซอร์โคเนียมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ ซึ่งอธิบายได้จากภาพตัดขวางการดูดกลืนนิวตรอนความร้อนขนาดเล็กของเซอร์โคเนียม (0.18 โรงนา) อย่างไรก็ตาม เซอร์โคเนียมมีคุณสมบัติความแข็งแรงค่อนข้างต่ำที่อุณหภูมิ 360 – 400°C

เครื่องปฏิกรณ์กำลังใช้เปลือกที่ทำจากสเตนเลสโครเมียม-นิกเกิลออสเตนิติกร่วมกับโลหะผสมเซอร์โคเนียม ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเซอร์โคเนียมแล้ว จะมีความต้านทานความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการผลิตที่ดี และต้นทุนที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเซอร์โคเนียมอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียพื้นฐานที่สำคัญของเหล็กเมื่อเปรียบเทียบกับเซอร์โคเนียมก็คือ หน้าตัดการดูดซับนิวตรอนความร้อนขนาดใหญ่ (2.7 - 2.9 โรงนา) ซึ่งต้องใช้เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะสูงมากกว่า ข้อเสียที่สำคัญของสเตนเลสออสเทนนิติกก็คือแนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวจากการกัดกร่อน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีความเค้นดึงในโลหะ คลอไรด์ และออกซิเจนในน้ำหล่อเย็น ในเรื่องนี้ การบำรุงรักษาคลอไรด์และออกซิเจนในปริมาณที่ต่ำมากอย่างระมัดระวัง รวมถึงสิ่งเจือปนอื่น ๆ ในน้ำ มีความสำคัญอย่างยิ่งในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์

สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอุณหภูมิสูง ไนโอเบียมโลหะทนไฟ (จุดหลอมเหลว 2415°C) โมลิบดีนัม (2622°C) ทังสเตน (3395°C) แทนทาลัม (2996°C) รวมถึงโลหะผสม ซึ่งสามารถนำมาใช้สำหรับ การหุ้มส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่อุณหภูมิสูงถึง 800 – 1200°C ในกรณีที่ใช้ฮีเลียมหรือโลหะเหลวเป็นสารหล่อเย็น ควรสังเกตว่าในก๊าซที่มีออกซิเจน (อากาศ คาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ) ความต้านทานของโลหะเหล่านี้ต่ำมากแม้ที่อุณหภูมิ 500 – 600°C

ในระหว่างการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ การเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งเกิดขึ้นในวัสดุองค์ประกอบเชื้อเพลิงภายใต้อิทธิพลของการฉายรังสี การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแบบวงจร การสัมผัสกับสารหล่อเย็น ฯลฯ ซึ่งอาจทำให้เกิดการถูกทำลายได้ การทำลายแท่งเชื้อเพลิงโดยสิ้นเชิงถือเป็นอุบัติเหตุที่มีขนาดใหญ่มากและไม่อาจยอมรับได้โดยสิ้นเชิง เนื่องจากจะนำไปสู่การปนเปื้อนอย่างรุนแรงในวงจรปฐมภูมิด้วยเศษฟิชชันของกัมมันตภาพรังสี

การสูญเสียการปิดผนึกองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่พบบ่อยที่สุดเกิดจากการแตกร้าวในการหุ้มหรือที่บริเวณเชื่อมของปลั๊กซีล การสูญเสียความแน่นจะนำไปสู่การปล่อยผลิตภัณฑ์ฟิชชันที่เป็นก๊าซเข้าไปในสารหล่อเย็น การไหลเข้าของสารหล่อเย็นเข้าไปในเปลือก ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนและการชะล้างของเชื้อเพลิง ในทางกลับกัน จะเพิ่มการปล่อยชิ้นส่วนฟิชชัน ส่งผลให้กัมมันตภาพรังสีของสารหล่อเย็นในวงจรเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญยิ่งขึ้น

รอยแตกในเปลือกหอยอาจเกิดขึ้นได้จากสาเหตุดังต่อไปนี้:

การปรากฏตัวของความเค้นภายในที่ยอมรับไม่ได้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกระทำของโหลดแบบคงที่ไดนามิกและการสั่นสะเทือนความเค้นของอุณหภูมิที่เกิดจากการมีอยู่ของการไล่ระดับอุณหภูมิที่คมชัดทั้งตามรัศมีและตามความยาวขององค์ประกอบเชื้อเพลิง

การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของเชื้อเพลิงที่เกิดจากการเติบโตของรังสี การบวม การเปลี่ยนเฟสของเชื้อเพลิง และนำไปสู่การปรากฏตัวของแรงที่มีแนวโน้มที่จะทำให้เปลือกแตก แรงกดดันที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่อาจยอมรับได้ภายในแท่งเชื้อเพลิงของผลิตภัณฑ์ฟิชชันของก๊าซ

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของวัสดุเปลือกภายใต้อิทธิพลของการฉายรังสีหรือเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการแพร่ของเชื้อเพลิงและวัสดุหล่อเย็นกับเปลือก เช่น ความอิ่มตัวของเปลือกด้วยไฮโดรเจน

ผลกระทบจากการกัดกร่อนและการกัดกร่อนในระยะยาวของสารหล่อเย็น รวมถึงผลจากการกัดกร่อนของความเค้นทรานส์และตามขอบเกรนเมื่อมีคลอรีนไอออนและออกซิเจนอิสระ (ในเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำ-น้ำ เมื่อใช้เปลือกสแตนเลส)

ข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิตแท่งเชื้อเพลิง (ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุหุ้ม, การมีรอยขีดข่วนบนพื้นผิวของการหุ้ม, คุณภาพการเชื่อมไม่ดี ฯลฯ )

ในบางกรณีภายใต้อิทธิพลของเหตุผลเดียวกันจะสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาดของแท่งเชื้อเพลิงเช่นความโค้งซึ่งอาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทั่วไปและท้องถิ่นที่สำคัญในการกระจายเชื้อเพลิงและสารหล่อเย็นตามช่องทางกระบวนการ และเป็นผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและการทำลายแท่งเชื้อเพลิงในท้องถิ่น

เนื่องจากแท่งเชื้อเพลิงเป็นตัวถังที่มีแหล่งความร้อนภายในและทำงานที่อุณหภูมิสูงและมีการปล่อยพลังงานจำเพาะสูง อันตรายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสำหรับพวกมันเกิดขึ้นเมื่อการระบายความร้อนหยุดกะทันหัน ตามกฎแล้วการหยุดการจ่ายสารหล่อเย็นให้กับแกนกลางนำไปสู่การละลายขององค์ประกอบเชื้อเพลิงเนื่องจากการปล่อยพลังงานที่เหลือ (การปลดปล่อยพลังงานในระหว่างการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของชิ้นส่วนฟิชชันที่สะสมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์) ในเครื่องปฏิกรณ์แบบปิดเครื่อง เนื่องจากการปล่อยพลังงานจากการสลายกัมมันตภาพรังสีของชิ้นส่วนฟิชชันที่สะสมในองค์ประกอบเชื้อเพลิง จึงจำเป็นต้องทำให้เครื่องเย็นลงเป็นเวลานานหลังจากการปิดเครื่อง มิฉะนั้นแกนกลางอาจละลายในเครื่องปฏิกรณ์ที่ปิดเครื่อง

เมื่อใช้งาน PPU ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษในการจัดการควบคุมและบำรุงรักษาระบบเคมีน้ำที่จำเป็น

เมื่อไม่นานมานี้ในบล็อกของฉัน ฉันได้บอกคุณไปแล้วว่าโลหะที่แพงที่สุดในโลกผลิตได้อย่างไรและที่ไหน - California-252 แต่การผลิตสารที่มีราคาแพงมากนี้ไม่ใช่กิจกรรมเดียวของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (NIIAR) ในเมืองดิมิทรอฟกราด ตั้งแต่ทศวรรษที่ 70 ศูนย์วิจัยมีแผนกเทคโนโลยีเชื้อเพลิง ซึ่งพวกเขากำลังพัฒนาวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการผลิตยูเรเนียมออกไซด์แบบเม็ด และการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ผ่านการฉายรังสีแล้ว (รวมถึงพลูโตเนียมเกรดอาวุธ)

นอกจากนี้ ยังมีการผลิตส่วนประกอบเชื้อเพลิง (FA) ที่นั่นด้วย ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างพลังงานความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์ผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ควบคุม โดยพื้นฐานแล้ว เหล่านี้เป็นแบตเตอรี่สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ ฉันต้องการพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการและสิ่งที่พวกเขาทำจากบทความนี้ เราจะมองเข้าไปด้านในของห้อง "ร้อน" ซึ่งมีการแผ่รังสีในระดับสูง ดูว่ายูเรเนียมออกไซด์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีลักษณะอย่างไร และดูว่าหน้าต่างกระจกสองชั้นในหน้าต่างที่ผิดปกติมีราคาเท่าใด

ฉันจะไม่ลงรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างและหลักการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แต่เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น ลองจินตนาการถึงเครื่องทำน้ำอุ่นในครัวเรือนที่มีน้ำเย็นไหลและน้ำร้อนไหลออกมา และถูกทำให้ร้อนด้วยขดลวดไฟฟ้า ( สิบ). ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ไม่มีเกลียวไฟฟ้า แต่มีชุดเชื้อเพลิง - รูปหกเหลี่ยมยาวประกอบด้วยท่อโลหะบาง ๆ จำนวนมาก - องค์ประกอบเชื้อเพลิง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) ซึ่งมีเม็ดยายูเรเนียมออกไซด์ที่ถูกบีบอัด

(แหล่งรูปภาพ - sdelanounas.ru)

เนื่องจากการแตกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียมอย่างต่อเนื่อง ความร้อนจำนวนมากจึงถูกปล่อยออกมา ซึ่งทำให้น้ำหรือสารหล่อเย็นอื่น ๆ มีอุณหภูมิสูงขึ้น แล้วตามแบบแผน:

(ที่มา - lab-37.com)

โดยปกติแล้ว ส่วนประกอบเชื้อเพลิงจะเป็นมัดหกเหลี่ยมของส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีความยาว 2.5-3.5 ม. ซึ่งสอดคล้องกับความสูงของแกนเครื่องปฏิกรณ์โดยประมาณ FAs ทำจากสแตนเลสหรือโลหะผสมเซอร์โคเนียม (เพื่อลดการดูดซึมนิวตรอน) ส่วนประกอบเชื้อเพลิง (ท่อบาง) ถูกประกอบเข้าเป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิง เพื่อลดความซับซ้อนในการทำบัญชีและการเคลื่อนย้ายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ ชุดเชื้อเพลิงหนึ่งชุดมักประกอบด้วยองค์ประกอบเชื้อเพลิง 18-350 ชิ้น แกนเครื่องปฏิกรณ์มักจะมีส่วนประกอบเชื้อเพลิง 200-1600 ชิ้น (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์)

นี่คือลักษณะของฝาเครื่องปฏิกรณ์ (หม้อต้ม) ซึ่งชุดเชื้อเพลิงตั้งอยู่ในแนวตั้ง หนึ่งสี่เหลี่ยม - หนึ่งชุด ชุดประกอบหนึ่งชุด - ประมาณ 36 หลอด (สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ RBMK ซึ่งแสดงในภาพด้านล่าง สำหรับเครื่องปฏิกรณ์อื่น ๆ จะมีหลอดมากกว่า แต่มีชุดประกอบน้อยกว่า)

(แหล่งที่มาของรูปภาพ - Visualrian.ru)

และนี่คือวิธีการจัดเรียงท่อแท่งเชื้อเพลิงที่ประกอบเป็นชุดเชื้อเพลิง:

โครงสร้างองค์ประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ RBMK: 1 - ปลั๊ก; 2 — เม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์; 3 - เปลือกเซอร์โคเนียม; 4 - สปริง; 5 - บุชชิ่ง; 6 - เคล็ดลับ

ส่วนประกอบเชื้อเพลิง (ท่อ) และตัวประกอบเชื้อเพลิง:

และทุกอย่างจะเรียบร้อยดีถ้าเม็ดยูเรเนียมออกไซด์วิเศษไม่สลายตัวเป็นองค์ประกอบอื่นระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์จะลดลงและปฏิกิริยาลูกโซ่จะหยุดลงเองตามธรรมชาติ สามารถกลับมาทำงานต่อได้หลังจากเปลี่ยนยูเรเนียมในแกนกลาง (องค์ประกอบเชื้อเพลิง) เท่านั้น ทุกสิ่งที่สะสมอยู่ในท่อจะต้องขนออกจากเครื่องปฏิกรณ์และฝังไว้ หรือรีไซเคิลเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ซึ่งน่าสนใจกว่าเนื่องจากในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ทุกคนต่างมุ่งมั่นที่จะผลิตและฟื้นฟูแบบไร้ขยะ
เครื่องส่งรับวิทยุ เหตุใดจึงต้องใช้เงินในการจัดเก็บกากนิวเคลียร์ ในถ้าคุณทำได้ ในทางกลับกัน ให้พวกเขาได้รับเงินจำนวนนั้น?

อยู่ในแผนกนี้ของ RIAR ที่พวกเขากำลังทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีสำหรับการฟื้นฟูเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว โดยแยกปุ๋ยกัมมันตภาพรังสีออกเป็นองค์ประกอบที่มีประโยชน์และเป็นสิ่งที่จะไม่มีประโยชน์ในทุกที่

เพื่อจุดประสงค์นี้มักใช้วิธีการแยกสารเคมีบ่อยที่สุด ตัวเลือกที่ง่ายที่สุดคือการนำสารละลายไปแปรรูปใหม่ แต่วิธีนี้ทำให้เกิดกากกัมมันตภาพรังสีเหลวจำนวนมากที่สุด ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงได้รับความนิยมในช่วงเริ่มต้นของยุคนิวเคลียร์เท่านั้น ปัจจุบัน RIAR กำลังปรับปรุงวิธีการที่เรียกว่า "แห้ง" ซึ่งผลิตขยะมูลฝอยน้อยลงมาก ซึ่งง่ายกว่ามากในการกำจัด โดยเปลี่ยนให้กลายเป็นมวลแก้ว

แผนงานทางเทคโนโลยีสมัยใหม่ทั้งหมดสำหรับการนำเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วไปแปรรูปใหม่นั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการสกัดที่เรียกว่ากระบวนการ Purex (จากภาษาอังกฤษ Pu U Recovery EXtraction) ซึ่งประกอบด้วยการสกัดพลูโตเนียมซ้ำแบบลดปริมาณจากส่วนผสมของยูเรเนียมกับผลิตภัณฑ์จากฟิชชันของมัน พลูโตเนียมที่แยกได้ในระหว่างการแปรรูปใหม่สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผสมกับยูเรเนียมออกไซด์ได้ เชื้อเพลิงชนิดนี้เรียกว่า MOX (เชื้อเพลิงผสมออกไซด์ MOX) สามารถรับได้ที่ RIAR ในภาควิชาเทคโนโลยีเชื้อเพลิง นี่เป็นเชื้อเพลิงที่มีแนวโน้ม

กระบวนการวิจัยและการผลิตทั้งหมดดำเนินการโดยผู้ปฏิบัติงานจากระยะไกลในห้องปิดและกล่องป้องกัน

มีลักษณะดังนี้:

ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์ควบคุมระบบเครื่องกลไฟฟ้า ผู้ปฏิบัติงานจึงควบคุมอุปกรณ์พิเศษในเซลล์ "ร้อน" ผู้ปฏิบัติงานได้รับการปกป้องจากกัมมันตภาพรังสีสูงด้วยกระจกตะกั่วหนาเมตรเท่านั้น ซึ่งประกอบด้วยแผ่นแยก 9-10 แผ่น หนา 10 ซม.

ราคาเพียงแก้วเดียวเทียบได้กับราคาอพาร์ทเมนต์ใน Ulyanovsk และทั้งห้องมีราคาประมาณเกือบ 100 ล้านรูเบิล ภายใต้อิทธิพลของรังสี กระจกจะค่อยๆ สูญเสียความโปร่งใสและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่ คุณเห็น “มือ” ของจอมบงการในภาพนี้ไหม?

หากต้องการเรียนรู้วิธีควบคุมจอมบงการอย่างเชี่ยวชาญ คุณต้องได้รับการฝึกอบรมและประสบการณ์หลายปี แต่ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา บางครั้งจำเป็นต้องดำเนินการต่างๆ เช่น การคลายเกลียวและขันน็อตขนาดเล็กภายในห้องให้แน่น

บนโต๊ะในห้องโถงห้องขัง "ร้อน" คุณสามารถดูตัวอย่างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแคปซูลแก้ว แขกในห้องปฏิบัติการหลายคนมองไปด้านข้างที่กระเป๋าเดินทางนี้ตลอดเวลาและกลัวที่จะเข้ามาใกล้ แต่นี่เป็นเพียงสิ่งจำลอง แม้ว่าจะเป็นสิ่งที่สมจริงมากก็ตาม นี่คือลักษณะของยูเรเนียมไดออกไซด์ที่ใช้สร้างเม็ดเชื้อเพลิงวิเศษสำหรับแท่งเชื้อเพลิง - ผงสีดำมันวาว

ยูเรเนียมไดออกไซด์ไม่มีการเปลี่ยนเฟสและมีความไวน้อยกว่าต่อกระบวนการทางกายภาพที่ไม่พึงประสงค์ซึ่งเกิดขึ้นกับโลหะยูเรเนียมที่อุณหภูมิแกนกลางสูง ยูเรเนียมไดออกไซด์ไม่ทำปฏิกิริยากับเซอร์โคเนียม ไนโอเบียม สแตนเลส และวัสดุอื่นๆ ที่ใช้ในการผลิตส่วนประกอบเชื้อเพลิงและท่อแท่งเชื้อเพลิง คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ โดยได้รับอุณหภูมิสูง และส่งผลให้ประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์สูง

แผงควบคุมของ manipulator มีการปรับเปลี่ยนที่แตกต่างกันเล็กน้อย ห้องนี้ไม่มีกระจก ดังนั้นการเฝ้าระวังจึงดำเนินการโดยใช้กล้องที่ติดตั้งอยู่ภายใน

นี่คืออะไร?! ผู้ชายในเรือนร่างสุดฮอต?! แต่...

ไม่เป็นไรกล้อง "สะอาด" ในระหว่างการบำรุงรักษาระดับรังสีในนั้นจะไม่เกินค่าที่อนุญาตดังนั้นคุณจึงสามารถทำงานได้แม้ว่าจะไม่มีอุปกรณ์ป้องกันวิทยุพิเศษก็ตาม เห็นได้ชัดว่าอยู่ในห้องนี้ที่การประกอบขั้นสุดท้ายของชุดเชื้อเพลิงจะดำเนินการจากแท่งเชื้อเพลิงที่ชาร์จด้วยเม็ดยูเรเนียมแล้ว

เนื่องจากระยะใกล้กับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบเปิดไม่สะดวกนัก ระดับรังสีในห้องปฏิบัติการจึงไม่เกินค่าธรรมชาติ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยเทคนิคความปลอดภัยจากรังสีที่เข้มงวด ผู้คนทำงานเป็นผู้ปฏิบัติงานมาหลายทศวรรษโดยไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ

เมื่อไม่นานมานี้ในบล็อกของฉัน ฉันได้พูดคุยไปแล้วเกี่ยวกับวิธีการและแหล่งผลิตโลหะที่แพงที่สุดในโลก - California-252 แต่การผลิตสารที่มีราคาแพงมากนี้ไม่ใช่กิจกรรมเดียวของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (NIIAR) ในเมืองดิมิทรอฟกราด ตั้งแต่ทศวรรษที่ 70 ศูนย์วิจัยมีแผนกเทคโนโลยีเชื้อเพลิง ซึ่งพวกเขากำลังพัฒนาวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในการผลิตยูเรเนียมออกไซด์แบบเม็ด และการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ผ่านการฉายรังสีแล้ว (รวมถึงพลูโตเนียมเกรดอาวุธ)

(แหล่งรูปภาพ - sdelanounas.ru)

(ที่มา - lab-37.com)

โดยปกติแล้ว ชุดประกอบเชื้อเพลิงคือชุดส่วนประกอบเชื้อเพลิงหกเหลี่ยมที่มีความยาว 2.5–3.5 ม. ซึ่งสอดคล้องกับความสูงของแกนเครื่องปฏิกรณ์โดยประมาณ FAs ทำจากสแตนเลสหรือโลหะผสมเซอร์โคเนียม (เพื่อลดการดูดซึมนิวตรอน) ส่วนประกอบเชื้อเพลิง (ท่อบาง) ถูกประกอบเข้าเป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิง เพื่อลดความซับซ้อนในการทำบัญชีและการเคลื่อนย้ายเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงหนึ่งชุดมักประกอบด้วยองค์ประกอบเชื้อเพลิง 18–350 ชิ้น แกนเครื่องปฏิกรณ์มักจะประกอบด้วยส่วนประกอบเชื้อเพลิง 200–1600 ชิ้น (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องปฏิกรณ์)

นี่คือลักษณะของฝาเครื่องปฏิกรณ์ (หม้อต้ม) ซึ่งชุดเชื้อเพลิงตั้งอยู่ในแนวตั้ง หนึ่งสี่เหลี่ยม - หนึ่งชุด ส่วนประกอบหนึ่งประกอบด้วยหลอดประมาณ 36 หลอด (สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ RBMK ซึ่งแสดงไว้ในรูปภาพด้านล่าง สำหรับเครื่องปฏิกรณ์อื่นๆ จะมีหลอดมากกว่า แต่มีส่วนประกอบน้อยกว่า)

(แหล่งที่มาของรูปภาพ - Visualrian.ru)

การออกแบบองค์ประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ RBMK: 1 - ปลั๊ก; 2 - เม็ดยูเรเนียมไดออกไซด์; 3 - เปลือกเซอร์โคเนียม; 4 - สปริง; 5 - บุชชิ่ง; 6 - เคล็ดลับ

ส่วนประกอบเชื้อเพลิง (ท่อ) และตัวประกอบเชื้อเพลิง:

มีลักษณะดังนี้:

นี่คืออะไร?! ผู้ชายในเรือนร่างสุดฮอต?! แต่…

ยุคอะตอม

ทีวีเอลคือ...

ออกแบบ

เชื้อเพลิง

แอปพลิเคชัน

RTG

ปัญหาห้องน้ำของนักบินอวกาศชาวอเมริกัน

วิธีสตาร์ทเครื่องปฏิกรณ์ ควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์

รอควันขาว: สมเด็จพระสันตะปาปาถูกเลือกอย่างไร