Тред №205117

Раз уж поговорили на ликбезном уровне о разбухании ядерного топлива, то на закуску отрывок о ТВЭЛ-ах для первой советской АЭС в Обнинске из

http://atominfo.ru/news/air6770.htm

Магниевое решение

Итак, 1951 год, начало земляных работ. Строится плотина на реке Протва, переносится деревня Пяткино. Но этого мало, ведь по приказу Сталина в 1951 году станция должна была быть полностью построена.
Я думаю, что с самого начала этот срок был абсолютно нереален. Руководство отрасли было воодушевлено тем, как всё быстро и удачно получилось с первым промышленным реактором. Но при создании Первой АЭС возникли технические трудности, которых не было на промышленных установках.

Построить здание, поставить на место турбину, сварить трубопроводы - это было не сложно. Абсолютно иной по сложности оказалась "начинка" активной зоны, в первую очередь - тепловыделяющие элементы.
В промышленном реакторе температура воды на выходе составляла 80-90°C. Нам же, чтобы получить к.п.д. хотя бы близкий к "паровозному", необходимо было нагреть воду до 270-280°C, а это потребовало давление 100 атмосфер. Это не 2-3 атмосферы как в промышленных аппаратах. Выбор таких параметров теплоносителя вынудил перейти от алюминиевого сплава - основного конструкционного материала активной зоны - к нержавеющей стали.

Твэлы для АМ поручили разрабатывать сразу трём организациям - Лаборатории №2, НИИ-9 (знаменитая Девятка, нынешний ВНИИНМ имени академика Бочвара) и Харьковскому физтеху. Предложенные ими варианты не удовлетворяли техническому заданию и не смогли пройти ни стендовых, ни реакторных испытаний.

После первых неудач к работам над твэлом подключилась Лаборатория "В". Была предложена конструкция, созданная под руководством Владимира Александровича Малыха (Примечание: у Малых был неоконченный 3-й курс Физфака МГУ, потом ВОВ. После разработки первых советских твэло-ов он сразу защитил докторскую без диплома о высшем образовании).  Она удачно прошла испытания на стенде, а затем и при реакторных испытаниях в Челябинске-40 и на исследовательском реакторе МР в Москве.

Чем отличался вариант, предложенный в Лаборатории "В"?

Необходимо было обеспечить относительно невысокую температуру уранового топлива и ограничить его распухание.

Чтобы вода могла должным образом охлаждать уран, требовалось создать очень хороший контакт топлива с трубкой. В этом и была соль проблемы - как такой контакт создать? Предлагались самые разные варианты, пытались даже прижимать уран к трубке, но на практике ничего не получалось. Всё равно оставался мизерный зазор, и его хватало, чтобы разрушить твэл из-за высоких температур.

Для решения этой проблемы В.А. Малых предложил измельчить уран в виде крупки и залить "крупку" расплавленным магнием. А для того, чтобы ограничить распухание урана, НИИ-9 предложил заменить уран на уран-молибденовый сплав.

Зачем? Магний - прекрасный теплопроводный материал. Крупка из уран-молибденового сплава через магний великолепно отдавала тепло воде. Таким образом, проблему надёжного охлаждения твэла удалось решить.

Поздней осенью 1953 года после окончания всех испытаний было подписано решение о сооружении цеха на Электростальском заводе и о начале изготовления твэлов на нем по проекту Лаборатории "В".

Это произошло за семь месяцев до физического пуска станции! А ведь требовалось изготовить твэлы, проверить их на заводе на специальном стенде, а затем перевезти их в Москву на завод ЭЗХМ (Экспериментальный завод химического машиностроения). Этому предприятию, в годы войны выпускавшему "Катюши", было поручено изготавливать технологические каналы, или, по современной терминологии, топливные сборки.

Трудности с твэлами стали одной из главных причин задержки с пуском Первой АЭС. Но были и другие не менее сложные задачи.
Приведу только один пример - для предотвращения накопления в реакторе гремучей смеси за счёт воздействия радиации на молекулы воды потребовалось задействовать 486 кг - четыреста восемьдесят шесть килограмм! - платины для рекомбинаторов.