19959

Исследовательский реактор СМ-2- пример достижения максимально возможных значений плотностей нейтронных потоков

Лекция

Физика

Познакомить слушателей с техническими характеристиками исследовательского реактора CМ-2, устройством активной зоны и его возможностями для проведения реакторных испытаний. Рассмотреть картограмму активной зоны и распределения потоков излучений по экспериментальным каналам.

Русский

2013-08-13

214.92 KB

12 чел.

Конспект занятия 7.

Цель.

Познакомить слушателей с техническими характеристиками исследовательского реактора CМ-2,  устройством активной зоны и его возможностями для проведения реакторных испытаний. Рассмотреть картограмму активной зоны и распределения потоков излучений по экспериментальным каналам.  

План.

1.  Исследовательский реактор СМ-2- пример достижения максимально возможных значений плотностей нейтронных потоков. Направления научных исследований и возможности постановки реакторных испытаний.

2. Тепловыделяющие сборки СМ-2 и возможная их модернизация, пути повышения плотностей нейтронных потоков.

3. Картограмма, исследовательские каналы, распределения потоков излучений.

    Реактор СМ-2[6,9] предназначен для проведения научно-исследовательских работ, связанных с использованием интенсивных потоков быстрых и тепловых нейтронов. На СМ-2 предполагалось проводить следующие работы:

I) получение новых трансурановых элементов;

2) изучение делящихся и конструкционных материалов в потоках нейтронного и гамма-излучений при температурах от 20 до 2000 К в различных средах (газ, вода под давлением от 5 до 135 МПа, жидкий металл и т.д.);

3) исследование спектров промежуточных нейтронов методами спектрометрии;

4) изучение спектров n - γ реакции;

5) изучение изотопов с малым периодом полураспада;

6)исследования  по нейтронографии.

    Особенностью реактора СМ-2 является весьма высокий уровень удельного энерговыделения в его активной зоне и отражателе (среднее 1,6 МВт/л, максимальное  4,8 МВт/л). Спектр нейтронов  в активной зоне весьма жесткий, а интенсивности  высоки.

     Наблюдается всплеск потока тепловых нейтронов в центре реактора и в отражателе. Поток быстрых и промежуточных нейтронов максимален и почти постоянен в активной зоне и падает в центральной и зоне отражателя. Поток быстрых нейтронов уменьшается  по высоте активной зоны .

    Тепловыделение в материалах, связанное с поглощением гамма-квантов, постоянно в замедляющей полости и активной зоне и уменьшается в зоне отражателя. Тепловыделения по высоте  уменьшаются по логарифмическому закону.

    На рис.2.5. представлен разрез А.З. и отражателя реактора

СМ-2, кружками показаны места расположения вертикальных каналов (ВЭК), общее количество которых составляет 24 (20 из них имеют выход на верхнюю крышку реактора.) На этом же рисунке  представлены 5 горизонтальных каналов (ГЭК) диаметром 100 мм, с потоком тепловых нейтронов на выходе З.1010 н/см2 с. Центральный канал имеет диаметр 90 мм, ВЭКи отражателя имеют диаметры от 60 до 50 мм.

В таб.2.2.представлено распределение потоков тепловых нейтронов по штатным каналам реактора и заполнение каналов.

    По назначению каналы распределяются следующим образом:

- три канала используются для получения трансурановых
элементов ( центральный и два канала  в отражателе);

           - два низкотемпературных канала с водяным охлаждение используются для материаловедческих работ. Контур предусматривает охлаждение   водой при температуре 30 °С при давлении 5 МПа ;

- два высокотемпературных канала охлаждаются  водой под давлением 35 МПа с расходом 80 т/ч и температурой воды на входе  400 °С, они используются для испытания твэлов;  

- пять каналов с газовым охлаждением  для изучения делящихся материалов; охлаждение может осуществляться

гелием при давлении 3-5 МПа и расходе 350 кг/ч.;

- один канал может охлаждаться жидким гелием или водородом для изучения повреждаемости материалов при низких температурах;

- канал с газовым охлаждением для испытаний при температурах до 2000 К;

- канал с жидкометаллическим теплоносителем  для изучения поведения теплоносителей при температурах до 1000 К.

    Все каналы с автономным охлаждением имеют выход через крышку реактора в реакторный зал, через промежуточное надреакторное помещение,  отделенное от зала бетонной защитой с отверстиями под пробки. Каналы в верхней части имеют герметичное уплотнение, позволяющее автономно    извлекать устройства из каналов с помощью дистанционно-управляемого крана. Сборки могут быть помещены на выдержку в

1

15

10

18

19

17

  20   2   21   3     22     9     23     24         25

8

26

7

13

14

6

11    28   4      16        5                        12         27           

Позиции:

1-16: штатные вертикальные экспериментальные каналы (ВЭК)

17, 18,21,24,26: горизонтальные экспериментальные каналы (ГЭК)

19,25: дополнительные экспериментальные каналы (ДЭК)

20,22,27,28: местоположение бесканальных сборок (БКС)

Рис.2.5. Разрез и картограмма активной зоны реактора СМ-2.

                                                          Вид на АЗ реактора СМ-2.

1

V ~ 100 м/с

1

V ~ 100 м/с

Таб.2.2.

№ канала

или сборки

Плотность потока

нейтронов 1/см2с

Заполнение

канала

1 (центр)

(периферия)

3,7*1014

4,1*1014

Вода

Вода

2

3,1*1014

Воздух

3

2,3*1014

Воздух

4

3,7*1014

Воздух

5

3,7*1014

Воздух

6

3,7*1012

Вода

7

6,5*1012

Воздух

8

4,6*1012

Вода

9

4,6*1012

Вода

10

4,6*1012

Вода

11

3,8*1012

Вода

12

1,3*1013

Воздух

13

1,1*1014

Воздух

14

3,7*1012

Вода

15

8,4*1013

Вода

16

5,3*1012

Воздух

БКС

2,4*1012

Вода

ДЭК

1,8*1014

Вода

Фронтальный разрез СМ-2.

L

 H

δ

Δ

N

Δ

мм

δ

мм

L

мм

H

мм

qv

Мвт/л

W

м/с

N

Мвт

Ф

Тн/см2с

qF

Мвт/м2

1

0,8

0,15

280

33,4

3-5

9

50

3*1015

7

2

0,8

0,15

350

33,4

5-10

12

100

3*1016

12

3

0,45

0,1

40

1017

58

Рис. 2.7. Твэл реактора СМ-2.

хранилище с водой  или могут перебираться в защитной камере. Время перегрузки занимает от  20 до 40 минут.

    Защита реакторного зала позволяет производить перегрузки в процессе работы реактора при активности на сборках до 105 кюри.

    При проведении внутриреакторных испытаний  СМ-2 обладает следующими преимуществами:

I) интенсивные потоки нейтронного и гамма-излучения с различным спектральным составом;

2) высокие тепловыделения от гамма-излучения, что позволяет проводить испытания на конструкционных материалах без    дополнительного подогрева.

Модернизация активной зоны реактора СМ-2.

Реактор СМ-2 имеет небольшую активную зону (о.42*0.42*о.25), окруженную отражателем из окиси бериллия. Активная зона, образованная из 28 кассет сечением 70*70 мм с пластинчатыми твэлами дисперсионного типа и высокоразвитой поверхностью охлаждения, установлена в корпусе реактора и работает при давлении 50 атм. Твэлы, содержащие уран 90% обогащения, покрыты никелевыми оболочками.  В каждой кассете устанавливается 54 трёхслойных пластинчатых элемента толщиной о,8 мм( сердечник толщиной о,5 мм и оболочки по о,15 мм). В центре активной зоны при извлечении четырех кассет образуется заполненная водой полость сечением 140*140 мм, высотой 250 мм- ловушка нейтронов, в которую вставляет центральный вертикальный канал. Вода, циркулирующая сверху в низ в зазорах твэлов, служит одновременно теплоносителем и замедлителем.

Для выяснения возможности дальнейшего повышения тепловой нагрузки были успешно испытаны твэлы в центральном экспериментальном канале реактора при потоке до 12*1о6 ккал/м2ч. Максимальное выгорание топлива при этом достигло 30%.

Испытания показали, что проектная тепловая нагрузка на твэлах может быть удвоена.

При модернизации были проведены следующие изменения;

- увеличена высота активной зоны,

- усовершенствована система управления реактором,

- в отражателе окись бериллия заменена на металлический бериллий.

Увеличение объёма активной зоны обеспечило достижение проектного выгорания топлива в выгружаемых кассетах (25%) и продлило кампанию  до 20 суток.

Реактор СМ-2 стал одним из лучших в мире исследовательских реакторов для проведения реакторных испытаний в высоких нейтронных потоках. Максимальная плотность потока достигла рекордного уровня 3,3*1015 тн/см2с.

Высокая плотность потока тепловых нейтронов позволяет быстро накапливать трансураны, высокая плотность потока быстрых нейтронов позволяет проводить исследования материалов при облучении  интегральным потоком 1022 н/см2 и выше за сравнительно короткое время, несколько месяцев, на других реакторах это время составляет годы. 

В составе реактора СМ-2 три петлевых установки. Низкотемпературная водяная петля для накопления транс урановых элементов, испытания топливных композиций и макетов твэлов тепловых и быстрых реакторов. К этой петле подсоединен канал, размещен в центральной ловушке нейтронов, и шесть каналов в отражателе.

Высокотемпературная водяная петля (с двумя каналами) сооружена для испытаний макетов  твэлов и коррозионных исследований конструкционных материалов.

Газовая петля с двумя каналами – для испытаний конструкционных материалов при высоких температурах.

    Рассмотрим принципиальные возможности повышения потока нейтронов    до 3*I016  н/см2 с, эта задача разрешима на базе  реактора СМ: При этом твэл реактора конструктивно остается  тем же (рис.2.6).     Тепловая нагрузка в таком реакторе может достигать 50 МВт/л при скорости охлаждающей воды 40 м/с.

   Последнее обстоятельство является самой тяжелой задачей при реализации данного проекта, так как тонкие пластины при таких скоростях могут терять устойчивость.

    Предлагается проект реактора  циклокотел (рис.2.7).

Эта установка представляет собой тор с набором активных зон импульсных уран-графитовых реакторов,    импульс которых может      составить около 10 19 н/см 2с.

    Облучаемая мишень движется по тору, все время находясь

в максимуме потока. При числе активных зон порядка 1000 мощность реактора должна составлять 100 МВт, а время кампании - I час.

Считается, что экономически выгоден циклокотел с числом

активных зон ~ 10 000, при этом скорость перемещаемой мишени в данном устройстве составит 100 м/с.

   Другой (не менее грандиозный и фантастический) проект получения сверхинтенсивных потоков нейтронов (1020 н/см 2с) основан на технической реализации реакции типа:

D—> х*n    или    Р—> x*n

    На один дейтон и протон в этой реакции появляются до x~65 нейтронов. Реакция может происходить при энергии протонов и дейтонов около 800-1000  Мэв. Для получения интенсивных потоков нейтронов  необходимы сравнительно мощные потоки протонов и дейтонов, которые  дают реакцию при взаимодействии с тяжелой мишенью.

1. АЗ-1

2. АЗ-2

3. АЗ-3

4. Корпус

- тор

5 Мишень

V ~ 100 м/с

Рис.2.7. Реактор типа циклокотел


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81852. Понятие о транспортно-экономических балансах 21.37 KB
  Транспортно-экономический баланс состоит из трех основных частей: баланс производства или отправления грузов их потребления или прибытия объема перевозок и транспортно-экономических связей. Оптимальные внутрирайонные и межрайонные связи являются исходной базой для определения потоков грузов по участкам транспортной сети грузооборота и средней дальности перевозок. невозможности определения коэффициента повторное перевозок; отсутствие учета объема перевозок тары и др.
81854. Морской транспорт. Роль морского транспорта в перевозочном процессе 26.92 KB
  Роль морского транспорта в перевозочном процессе. Перестройка экономики и неизбежный спад производства приватизация речных судов в основном привели к наблюдаемому практическому отсутствию этого вида транспорта в перевозочном процессе. Для возрождения речного транспорта Казахстана необходимо выполнить большие объемы работ по улучшению дна рек созданию навигационных систем судоходства регулированию сроков навигации с учетом периода нереста рыб и т. Для развития водного транспорта Казахстана особое значение имеет Каспийское море и порт Актау.
81855. Техническая политика в области специализации различный видов транспорта 28.16 KB
  Научно-техническая политика на транспорте тесно связана со структурной определение темпов пропорций и приоритетов в развитии транспортной отрасли и инвестиционной определение объема структуры и направлений капиталовложений с целью обновления основных транспортных фондов. Структурная политика направлена: на ускоренное развитие наукоемких составных частей различных видов транспорта определяющих рост производительности труда и повышение социальноэкономической эффективности транспортного производства; на свертывание неэффективных...
81856. Речной транспорт. Тенденции развития 27.28 KB
  Речной транспорт внутренний водный транспорт транспорт осуществляющий перевозки грузов и пассажиров судами по внутренним водным путям как по естественным реки озёра так и по искусственным каналы водохранилища. Перевозки по Каспийскому морю относятся к морскому транспорту хотя фактически это море является озером самым большим в мире. Главным преимуществом речного транспорта является низкая себестоимость перевозок; благодаря ей он продолжает занимать важное место в транспортной системе несмотря на низкие скорости и сезонность.
81857. Транспортный процесс и его элементы 30.31 KB
  Транспортный процесс – это совокупность операций с грузами и транспортными средствами в результате выполнения которых грузы изменяют своё положение в пространстве. Структура транспортного процесса включает три элемента подпроцесса: – процесс погрузки; – процесс перевозки; – процесс разгрузки. Основной элемент транспортного процесса – перевозка грузов все другие элементы подчинены ему.
81858. Основные принципы проектирования транспортных узлов 28.9 KB
  Принцип общей эффективности. Принцип комплексной оптимизации. В основе этого принципа лежит утверждение что независимая оптимизация отдельных подсистем не обеспечивает оптимальности режимов функционирования узла как системы в целом.