Обоснование теплотехнической надежности твэла реактора БРЕСТ-ОД-300 с различными материалами в контактном слое

На сегодняшний день в качестве материала, заполняющего зазор между оболочкой твэла и топливным сердечником, в проекте реактора БРЕСТ-ОД-300 предусмотрено использование гелия, однако замена газа на более теплопроводный материал позволила бы снизить температуру топлива, уменьшить выход газовых продуктов деления из топливной таблетки и, как следствие, их давление на оболочку и исключить термомеханическое взаимодействие топлива на оболочку твэла. Ранее в проекте рассматривался вариант твэла с контактным слоем чистого свинца, однако в результате экспериментального облучения была обнаружена коррозия внутренней поверхности оболочки твэла, поэтому вопрос о подборе легирующего компонента или иного материала для зазора, остается открытым. Работа проведена на основании данных, приведенных в открытой печати: справочниках, научных статьях и материалах конференций. Были проведены аналитические расчеты, показывающие наглядно, каким образом замена гелия на свинцовую эвтектику влияет на поле температур самого энергонапряженного твэла. В случае с газовым зазором также было выполнено численное моделирование в ПО ANSYS. Как было выяснено в ходе расчета, с точки зрения понижения температуры все три рассмотренных жидкометаллических материала (чистый Pb, система Pb(45%)+Bi(55%) и сплав Pb-2,25%Mg) имеют примерно одинаковую эффективность: температура топлива уменьшается в среднем на 370°С по сравнению с таким же твэлом при наличии гелиевого зазора, а разность температур между топливом и оболочкой снижается почти в 50 раз.