19968

Причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения

Лекция

Физика

Рассмотреть причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения. Познакомить слушателей с реакторным стендом ИРТ-МИФИ для исследования физико-механических свойств ядерного топлива и комплексом задач решаемых на стенде

Русский

2013-08-13

27.46 KB

1 чел.

Конспект занятия 16.

Цель.

   Рассмотреть причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения. Познакомить слушателей с реакторным стендом ИРТ-МИФИ для исследования  физико-механических свойств ядерного топлива и комплексом задач решаемых на стенде.    Рассмотреть схему измерений стенда. Обратить внимание на возможность проведения комплексных исследований нескольких свойств на одном образце.

План.

1. Причины создания реакторного стенда для исследования свойств ядерного топлива при динамическом воздействии реакторного излучения.

2. Реакторным стендом ИРТ-МИФИ для исследования физико-механических свойств ядерного топлива.

3. Схема измерений стенда.

4. Комплексное исследование ряда свойств на одном образце.

В конце шестидесятых годов при разработке твэлов для реакторов на быстрых нейтронах остро встали проблемы изучения выхода газообразных продуктов деления и механического взаимодействия распухающего топлива и оболочки (ВТО), ограничивающих  достижение экономически приемлемых выгораний. Несколько позднее, в связи с повышением параметров эксплуатации и увеличением кампании, это стало актуальным и для твэлов ВВЭР. Напряжения на оболочке при ВТО в стационарных условиях эксплуатации определяются ползучестью, а в переходных – комплексом механических свойств топлива, деформируемого в режимах с постоянной скоростью и релаксации напряжений. В начале восьмидесятых годов из- за участившихся случаев  потери устойчивости оболочек твэлов водо-водяных реакторов, причиной которого стало увеличение зазора, возникла необходимость изучения размерных изменений сердечника при облучении вследствие радиационного доспекания топлива. Примерно в такой же хронологии развивались работы по созданию реакторного стенда для исследования перечисленных выше свойств оксидного ядерного топлива.

Под реакторным стендом понимается комплекс экспериментальных установок, включающих в себя исследовательский ядерный реактор. В нашем случае комплекс экспериментальных установок приспособлен для проведения активных реакторных испытаний и аналогичных экспериментальных исследований вне поля  реакторного излучения.    

Облучательные устройства,  разработанные на кафедре18 МИФИ и внедренные в практику НИР на ИРТ-МИФИ, использованы как прототипы  при создании реакторных стендов на реакторах ВВР-СМ (Узбекистан г.Улукбек) и ИВВ-2 (Свердловская обл.

г. Заречный) .

Экспериментальные возможности ИРТ-МИФИ позволили впервые провести исследование механических свойств топлива,  влияния на газовыделение  пластической деформации диоксида урана при высоких температурах, исследовать динамику радиационной аморфизации силицида урана и её влияние на пластические свойства, обосновать разработку оксидного топлива с низким сопротивлением деформированию, получить рекомендации для обоснования работоспособности и лицензирования твэлов энергетических реакторов.    

Возможности стенда в основном ограничены максимальными и минимальными значениями температуры, при которых надёжно работают конкретные облучательные устройства. Этот температурный интервал составляет 50 – 2000 0С. Экспериментальные возможности стенда рассмотрены на обобщенной схеме рис.1, где представлены основные параметры, регистрируемые измерительными системами стенда.

Объект исследования – образец (2) размещается в облучательном устройстве (1) в потоке газа-носителя (8). Образовавшиеся в результате взаимодействия объекта исследования с излучением газообразные (летучие) продукты деления (ГПД) транспортируются к внешним системам стенда, которые методами γ – спектрометрии способны определить их концентрацию в потоке (13). Естественно, что параметры самого потока (массовый расход, геометрия трактов и др.) так же фиксируются в эксперименте. Частный случай представляют устройства, где газ-носитель не движется (устройство заполнено газом) или газ-носитель отсутствует (устройство вакуумировано).

Поток излучения (3) может определяться мониторированием, если эксперимент предполагается вести при стационарной мощности реактора, или непрерывно регистрироваться первичными датчиками потока излучения в случае, если программа эксперимента предусматривает нестационарные режимы облучения объекта испытаний.

Содержание

ГПД в газе

13

Поток газа

носителя

7

Электрический

ток

8

Нагреватель

9

1

Разность

потенциалов

10

Текущее

время

эксперимента

12

Акустическая

эмиссия

11

Потоки

излучений

3

Температура

4

Деформация

5

Механическая

нагрузка

6

2

Рис.1. Схема измерений.

Реакторный стенд        1

Реактор ИРТ-МИФИ        2

Система измерения физических величин             3

Информационно-

измерительная система          4

Система обеспечения

эксперимента      5

Время испытаний:

- таймер ЭВМ

-развертка самописца

-частотомер    7

Акустическая эмиссия (АЭ) :

- АЭ регистратор с амплитудным и частотным анализатором.

- система связи с ЭВМ.        8

Электрофизические свойства, термопары, тензорезисторы:

-самопишущие  мосты и потенциометры

- цифровые ампервольтметры

- связь с ЭВМ.                        9

Механическая нагрузка (УЗ колебания), давление газа-носителя (заполнителя):

- нагружающая система- манометры

-расходомеры,перепадометры.         10

Поток излучения, концентрация ГПД :

- термонейтронные датчики.

- γ- мониторы и спектрометры с полупроводниковым датчиком и амплитудным анализатором.   11

Деформация: преобразователь индуктивный, радиационнотермостойкий (ПИРТ) со спецблоком и аналоговой и цифровой записью.                    12 

Обработка

экспери-метальных

резуль-татов  6

Температура испытаний:

- нагрев: собственные тепловыделения, нагреватель.

- охлаждение: теплоноситель

реактора, газ-заполнитель, вакуум.                            20

Среда испытаний:

- система очистки газа-насителя (заполнителя)

- система вакуумирования  21

Транспортные операции:

-смена образца,

- смена установки.       22

Экспериментальные установки 13

Лабораторные

установки   14

Облучательные

устройства    15

Специальные 16

Аналоги 17

Со сменой

образца 18

Без смены образца 19

Рис. 2. Взаимосвязи систем и устройства реакторного стенда.

Измерение температуры (4) объекта испытаний является обязательной при проведении активных реакторных испытаний.

Реализация позиций (3,4,12,13) в соответствующем облучательном устройстве и его системах измерения и обеспечения эксперимента позволяет исследовать одну из важнейших характеристик ядерного топлива- выход газообразных продуктов деления в процессе облучения [17].

Рассмотрим системы, содержащие  следующие комбинации позиций схемы: (3,4,5,12) и (3,4,5,7,12,13). Первая комбинация предполагает изучение размерной нестабильности объекта испытаний под воздействием излучения и температуры [18]. Эта характеристика крайне необходима при разработке элементов активных зон ядерных энергетических установок. Размерной нестабильностью под воздействием излучения помимо ядерного топлива обладают значительно более широкий класс материалов, эта характеристика важна и для них.

Вторая комбинация позиций представляет значительный интерес при исследовании топливных композиций. Изучение в одном эксперименте размерной нестабильности и газовыделения позволяет оценить вклад газового распухания в процессе размерной нестабильности, понять физику изучаемого процесса.

Сочетание позиций (3,4,5,6,12) и (3,4,5,6,7,12,13) позволяет определять механические свойства испытуемого образца. В первом случае в процессе облучения исследуются характеристики ползучести, пределы пропорциональности, текучести, напряжение течения, характеристики релаксации напряжений [19]. Во втором случае появляется возможность дополнить изучение механических свойств , определение их влияния на процесс газовыделения [20].

Анализ сигналов акустической эмиссии в сочетании позиций (3,4,5,6,7,11,12,13) позволяет определять радиационный коэффициент диффузии кислорода в диоксиде урана [21], внутренние напряжения в облучаемом образце [22] и температуру хрупко-пластического перехода в диоксиде урана [23]. В этих исследованиях появление сигналов дискретной акустической эмиссии является указателем (индикатором) смены механизмов поведения микро- и макродефектов в испытуемом образце при внешних воздействиях. Можно предположить, что более глубокий амплитудный и частотный анализ акустической эмиссии во времени позволит исследовать и другие явления.

В целом, представленные выше возможности реакторного стенда, по-видимому, не исчерпаны. В таб. 3 представлены характеристики устройств стенда.

В восьмидесятые годы прошлого века на ИРТ-МИФИ  выполнялась программа сотрудничества с Францией по исследованию пластических свойств ядерного топлива в радиационных условиях. Эксперименты по исследованию высокотемпературной ползучести в инициативном плане сопровождались регистрацией газов-продуктов деления (ГПД). На образцах технологии DCI, обладающих повышенной пластичностью и низкими значениями выходов ГПД, были получены нетривиальные  результаты. При малых установившихся скоростях деформации ползучести выход ГПД  был ниже стационарного выхода при отсутствии деформации и превышал его при больших скоростях.

№№

пп

Наименование

установки

Измеряемые характеристики

Температурный

интервал

Облучательные устройства

1

Каприз

Пластические свойства при сжатии,

выход ГПД.

Менее 2300 К

2

Ритм

Пластические свойства при сжатии,

акустическая эмиссия.

Менее 2300 К

3

Сатурн

Пластические свойства при сжатии

в нестационарных условиях.

Менее 2300 К

4

Крип

Пластические свойства при сжатии.

Менее 2300 К

5

Циклон

Пластические свойства при реверсивном изгибе.

Менее 2300 К

6

Раст

Пластические свойства при сжатии.

Менее 1300 К

7

Пост

Формоизменение при облучении.

Менее 1300 К

8

Пост-Урал

. Формоизменение при облучении

Менее 1300 К

9

Раст-Урал

Пластические свойства при сжатии.

Менее 1300 К

Лабораторные аналоги облучательных устройств.

10

Плутон

Пластические свойства при сжатии,

смешанное топливо.

Менее 2300 К

11

Крип

Пластические свойства при сжатии.

Менее 2300 К

Лабораторные установки.

12

ИС (испытатель-ный стенд)

Пластические свойства и акустическая эмиссия

при реверсивном изгибе.

Менее 1800 К

Таб. 3


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43917. Гидравлика. Жидкие среды 1.71 MB
  Гидравлическая классификация основана на разности в скоростях падения частиц (зерен) материала неодинаковой величины и плотности, находящихся во взвешенном состоянии в водной среде. Частицы классифицируются в основном в условиях их стесненного падения, при этом одновременно
43918. Методика організації самостійної роботи майбутніх інженерів-педагогів при викладанні дисципліни «Деталі машин» (на прикладі Української інженерно-педагогічної академії) 1.9 MB
  Вища освіта України завжди була дуже високої якості. Такою вона залишається і сьогодні. Випускники ВНЗ України, особливо фізико-математичного, медичного, авіаційного, морського, інженерно-технічного і хіміко-технологічного профілів, працюють і мають авторитет практично у всіх країнах світу.
43919. Модернизация учебной лабораторной установки для лаборатории гидравлики и теплотехники кафедры 34, МГИУ 3.17 MB
  По мере прикрытия дросселя общий уровень давления в вихревой трубе повышается, и расход холодного потока через отверстие диафрагмы увеличивается при соответствующем уменьшении расхода горячего потока. При этом температуры холодного и горячего потоков также изменяются.
43920. Проект разработки средств мокрой очистки технологических газов и мероприятий по охране труда в условиях мартеновского цеха ОАО «Запорожсталь» 927.5 KB
  В разделе КИП и А разработаны системы автоматического контроля и регулирования газоочистной установки мартеновской печи №7 ОАО Запорожсталь. Технология выплавки стали в мартеновских печах Устройство мартеновской печи Современная мартеновская печь представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из двух основных частей: верхнего строения включающего рабочее пространство и головки печи и нижнего строения состоящего из шлаковиков боровов регулирующих устройств регенераторов и газопроводов.1...
43921. Использование сети Интернет в системе маркетинговых коммуникаций: состояние и перспективы развития на примере ОАО «Брестский райагросервис» 12.07 MB
  Как совокупность средств это комплекс содержания, носителей и способов передачи маркетинговой информации, позволяющий осуществлять информационные связи, контакты в виде рекламы, отношений с общественностью, прямого маркетинга (включая личные контакты) и смешанных видов (включая выставки, ярмарки и другие формы содействия продажам, сбыту).
43922. Использование ресурсов сети Интернет при изучении тем раздела «Социальная информатика» на базовом уровне 25.76 MB
  Под телематикой ученым понимается обработка информации на расстоянии. За этим стоит простая и глубокая мысль: развитие каналов связи отражает и уровень компьютеризации и объем накопленной информации и объективную потребность общества во всех видах информационного обмена и другие проявления информатизации. В последние полвека в развитых странах мира пропускная способность коммуникационных сетей передачи информации возрастала в среднем примерно в 10 раз за десятилетие. Развитие средств хранения передачи и обработки информации в...
43923. Разработка рекомендаций, направленных на совершенствование организации бухгалтерского учета и повышение эффективности использования денежных средств в ОАО «РЖД» 762.5 KB
  Денежные средства характеризуют начальную и конечную стадии кругооборота хозяйственных средств скорость движения которых во многом определяет эффективность всей деятельности организации. В условиях рыночной экономики следует исходить из принципа что умелое использование денежных средств может приносить организации дополнительный доход так как временно...
43924. Театралізовані ігри як засіб розвитку творчих здібностей першокласників на уроках музики 353.5 KB
  Театралізована гра як засіб розвитку творчих здібностей першокласників Загальна характеристика театралізованих ігор як методу розвитку творчих здібностей молодших школярів Методика розвитку творчих здібностей учнів 6річного віку в процесі використання театралізованих ігор на уроках музики Мистецтво з його унікальними можливостями цілісного впливу на особистість виступає не тільки джерелом естетичного виховання а й універсальним засобом творчого розвитку дитини.
43925. Системы налогообложения физических лиц в России на примере общества с ограниченной ответственность (ООО) «САПР ГРУПП» 961.5 KB
  В частности для обеспечения выполнения своих функций защита внешних границ поддержание порядка внутри государства строительство содержание государственного аппарата и так далее государству приходится облагать в том числе доходы и имущество граждан. Повышение налогов с населения увеличивает доходы бюджета только на один налоговый период так как уже в следующем база для их уплаты может резко сократиться. С другой стороны налог на доходы и имущество физических лиц имеет большое значение для формирования бюджета государства и его...