2. "Из чего же, из чего же, из чего же ..."
Предыдущая глава здесь.
Они вместо наших шестигранников в активную зону квадратные кассеты суют...
Нет, конечно. Геометрия кассеты в очень большой степени диктуется геометрией уже готового реактора. В частности, невозможно изменить размеры и шаг посадочных мест и конструкцию верхнего блока реактора, а значит, высота кассеты, форма, её размер "под ключ", положение каркаса кассеты и даже расположение и основную геометрию твэлов диктует тот реактор, в который вы собрались ставить кассету. Эти параметры не являются гостайной и имелись у американцев на момент начала проектирования.
Для примера приведу эскизы близких по массогабаритным характеристикам кассет ВВЭР-1000 и PWR:
ТВСА выглядит так:
[посмотреть]
кассета PWR 17x17 выглядит так:
[посмотреть]
У них "сплавы не правильные" - мы им технологию не передавали...
Да, и стали, и циркониевые сплавы, применяемые в пределах активной зоны, у американцев отличаются от тех, которыми пользуются наши заводы-изготовители (у каждой стороны есть свои любимые присадки). Однако ключевые показатели у них очень близки и по термомеханике, и по коррозионным свойствам, что не удивительно - они разрабатывались для очень близких условий. Технологии циркониевого проката также освоены Вестингаузом "на пять", о чём свидетельствует огромное количество ядерного топлива, которое покупают ЭО у этой фирмы.
Так в чём же тогда различие между российской и американской кассетой для ВВЭР-1000?
Различий много, если говорить о конструктиве кассет, то имеем следующую картину:
1) Концевые детали имеют те же габаритные размеры, однако иную внутреннюю конструкцию. В частности, я бы очень внимательно посмотрел на узлы крепления концевых деталей к силовому каркасу кассеты (центральной трубе (ЦТ) и направляющим каналам (НК)).
2) Способ крепления твэла в каркасе ТВС. А именно:
- в российских ТВС твэл традиционно крепится в нижней решётке, являющейся конструктивным элементом посадочного узла кассеты,
- в ТВС PWR твэл традиционно крепится в дистанционирующей решётке (ДР) ("висит" над посадочным узлом, не контактируя с ним), этот же способ крепления применён и в кассетах Вестингауза для ВВЭР-1000,
3) конструкция дистанционирующей решётки существенно различна из-за серьёзной разницы в усилиях зажатия в ней твэла (см. предыдущий пункт). В ВВЭР традиционно применяется сотовая конструкция ячеек ДР, обеспечивающая надёжное дистанционирование твэлов при небольших усилиях сжатия их оболочек со стороны дистанционирующих решёток:
[Здесь приведена одна ячейка]
[А здесь вся ДР в сборе]
Основной элемент дистанционирования в ДР PWR немного иной - это пластина (стрэп) с выдавленными в ней дистанционирующими/фиксирующими элементами (пружинами). Подобная конструкция была применена Вестингаузом и для ВВЭР-1000. Как это выглядит в сборе можно посмотреть на стр.8 вот по этой ссылке (напоминаю, пароль на архив - ab-15). От конструкции VVantage-6 отказались практически сразу из-за её недостаточной геометрической устойчивости.
4) Каркасом кассеты. Изначально планировалась совместная эксплуатация ТВС-W и ТВС-М. У обеих кассет каркас состоит из ЦТ и НК с закреплёнными на них ДР, различие только в том, что каркас ТВС-М - стальной, в то время как у ТВС-W - циркониевый. На момент установки в активную зону первой опытной партии из 6 ТВС-W так и было. Однако уже в ходе опытной эксплуатации этой партии подпитка ТВС-М была заменена на подпитку ТВСА с циркониевым каркасом, однако конструкция которой имеет дополнительный внешний циркониевый каркас из уголков. Т.е. во всех случаях каркас российской сборки, стоящей в активной зоне совместно с американской, был более жёстким.
И таблетка у них другая!..
Да, отличие есть - отсутствие центрального отверстия в американской топливной таблетке, но оно не является критичным. Здесь нужно немного углубиться в предысторию. Одни и те же размножающие свойства для одинаковой геометрии топлива можно получить как за счёт загрузки урана более высокого обогащения по урану-235, так и за счёт большей массы урана более низкого обогащения по делящемуся изотопу. Союз довольно значительно обгонял США в себестоимости обогащения урана, но, ввиду малой точности расчётных кодов на момент проектирования ВВЭР, было решено создать запас до плавления топлива за счёт центрального отверстия в таблетке с одновременным повышением обогащения топлива. У американцев коды (по утверждению NRC) имели достаточно высокую точность, чтобы обосновать использование таблетки без центрального отверстия. Нужно только понимать, что основное различие всё-таки не в кодах, а в подходах к обоснованию безопасности. NRC принимает подход "best estimate" (наилучшей оценки), мы же всегда руководствовались оценкой коэффициентов запаса на имеющиеся неопределённости.
К моменту начала ПКЯТУ ввиду высокой конкуренции на рынке топлива все поставщики стали стремиться к максимальному топливоиспользованию, т.е. повышать запас реактивности в уже имеющихся конструкциях ТВС. Американцы делают это за счёт повышения обогащения топлива, поскольку больше топлива в таблетке сделать можно только за счёт перехода от UO2 к другим более плотным видам топлива (например, нитриду или металлическому урану). Россияне - за счёт уменьшения диаметра центрального отверстия (в настоящее время в опытной эксплуатации есть и твэлы с таблетками без центрального отверстия), поскольку в предел по величине допустимого обогащения для гражданских реакторов (5%) мы уже упёрлись.
В итоге оба подхода сойдутся...
Продолжение. Вопросы, предложения и замечания приветствуются.
Рекомендую также почитать интервью коллег из ОКБ "Гидропресс" на эту тему. Оно важно для понимания некоторых моментов, но при чтении нужно учитывать, что на момент интервью горшки между Гидропрессом и Вестингаузом были побиты окончательно.
Они вместо наших шестигранников в активную зону квадратные кассеты суют...
Нет, конечно. Геометрия кассеты в очень большой степени диктуется геометрией уже готового реактора. В частности, невозможно изменить размеры и шаг посадочных мест и конструкцию верхнего блока реактора, а значит, высота кассеты, форма, её размер "под ключ", положение каркаса кассеты и даже расположение и основную геометрию твэлов диктует тот реактор, в который вы собрались ставить кассету. Эти параметры не являются гостайной и имелись у американцев на момент начала проектирования.
Для примера приведу эскизы близких по массогабаритным характеристикам кассет ВВЭР-1000 и PWR:
ТВСА выглядит так:
[посмотреть]
кассета PWR 17x17 выглядит так:
[посмотреть]
У них "сплавы не правильные" - мы им технологию не передавали...
Да, и стали, и циркониевые сплавы, применяемые в пределах активной зоны, у американцев отличаются от тех, которыми пользуются наши заводы-изготовители (у каждой стороны есть свои любимые присадки). Однако ключевые показатели у них очень близки и по термомеханике, и по коррозионным свойствам, что не удивительно - они разрабатывались для очень близких условий. Технологии циркониевого проката также освоены Вестингаузом "на пять", о чём свидетельствует огромное количество ядерного топлива, которое покупают ЭО у этой фирмы.
Так в чём же тогда различие между российской и американской кассетой для ВВЭР-1000?
Различий много, если говорить о конструктиве кассет, то имеем следующую картину:
1) Концевые детали имеют те же габаритные размеры, однако иную внутреннюю конструкцию. В частности, я бы очень внимательно посмотрел на узлы крепления концевых деталей к силовому каркасу кассеты (центральной трубе (ЦТ) и направляющим каналам (НК)).
2) Способ крепления твэла в каркасе ТВС. А именно:
- в российских ТВС твэл традиционно крепится в нижней решётке, являющейся конструктивным элементом посадочного узла кассеты,
- в ТВС PWR твэл традиционно крепится в дистанционирующей решётке (ДР) ("висит" над посадочным узлом, не контактируя с ним), этот же способ крепления применён и в кассетах Вестингауза для ВВЭР-1000,
3) конструкция дистанционирующей решётки существенно различна из-за серьёзной разницы в усилиях зажатия в ней твэла (см. предыдущий пункт). В ВВЭР традиционно применяется сотовая конструкция ячеек ДР, обеспечивающая надёжное дистанционирование твэлов при небольших усилиях сжатия их оболочек со стороны дистанционирующих решёток:
[Здесь приведена одна ячейка]
[А здесь вся ДР в сборе]
Основной элемент дистанционирования в ДР PWR немного иной - это пластина (стрэп) с выдавленными в ней дистанционирующими/фиксирующими элементами (пружинами). Подобная конструкция была применена Вестингаузом и для ВВЭР-1000. Как это выглядит в сборе можно посмотреть на стр.8 вот по этой ссылке (напоминаю, пароль на архив - ab-15). От конструкции VVantage-6 отказались практически сразу из-за её недостаточной геометрической устойчивости.
4) Каркасом кассеты. Изначально планировалась совместная эксплуатация ТВС-W и ТВС-М. У обеих кассет каркас состоит из ЦТ и НК с закреплёнными на них ДР, различие только в том, что каркас ТВС-М - стальной, в то время как у ТВС-W - циркониевый. На момент установки в активную зону первой опытной партии из 6 ТВС-W так и было. Однако уже в ходе опытной эксплуатации этой партии подпитка ТВС-М была заменена на подпитку ТВСА с циркониевым каркасом, однако конструкция которой имеет дополнительный внешний циркониевый каркас из уголков. Т.е. во всех случаях каркас российской сборки, стоящей в активной зоне совместно с американской, был более жёстким.
И таблетка у них другая!..
Да, отличие есть - отсутствие центрального отверстия в американской топливной таблетке, но оно не является критичным. Здесь нужно немного углубиться в предысторию. Одни и те же размножающие свойства для одинаковой геометрии топлива можно получить как за счёт загрузки урана более высокого обогащения по урану-235, так и за счёт большей массы урана более низкого обогащения по делящемуся изотопу. Союз довольно значительно обгонял США в себестоимости обогащения урана, но, ввиду малой точности расчётных кодов на момент проектирования ВВЭР, было решено создать запас до плавления топлива за счёт центрального отверстия в таблетке с одновременным повышением обогащения топлива. У американцев коды (по утверждению NRC) имели достаточно высокую точность, чтобы обосновать использование таблетки без центрального отверстия. Нужно только понимать, что основное различие всё-таки не в кодах, а в подходах к обоснованию безопасности. NRC принимает подход "best estimate" (наилучшей оценки), мы же всегда руководствовались оценкой коэффициентов запаса на имеющиеся неопределённости.
К моменту начала ПКЯТУ ввиду высокой конкуренции на рынке топлива все поставщики стали стремиться к максимальному топливоиспользованию, т.е. повышать запас реактивности в уже имеющихся конструкциях ТВС. Американцы делают это за счёт повышения обогащения топлива, поскольку больше топлива в таблетке сделать можно только за счёт перехода от UO2 к другим более плотным видам топлива (например, нитриду или металлическому урану). Россияне - за счёт уменьшения диаметра центрального отверстия (в настоящее время в опытной эксплуатации есть и твэлы с таблетками без центрального отверстия), поскольку в предел по величине допустимого обогащения для гражданских реакторов (5%) мы уже упёрлись.
В итоге оба подхода сойдутся...
Продолжение. Вопросы, предложения и замечания приветствуются.
Рекомендую также почитать интервью коллег из ОКБ "Гидропресс" на эту тему. Оно важно для понимания некоторых моментов, но при чтении нужно учитывать, что на момент интервью горшки между Гидропрессом и Вестингаузом были побиты окончательно.