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

66305. Гаметогенез. Запліднення. Онтогенез 93.5 KB
  Мета: пояснити, як відбувається гаметогенез і запліднення в різних груп організмів, біологічне значення процесу запліднення. Дати поняття про онтогенез, розглянути ембріогенез у тварин і його етапи. План Гаметогенез. Запліднення. Онтогенез.
66306. Постембріональний розвиток. Життєвий цикл. Ріст і регенерація 80 KB
  Мета: сформувати поняття про різні типи постембріонального розвитку тварин; пояснити як відбувається регенерація у різних організмах. Ріст збільшення маси і розмірів тіла. Активне харчування та ріст личинка збільшує масу в десять тисяч разів.
66307. Генетика як наука. Методи генетичних досліджень 49.5 KB
  Генетика це наука про закономірності спадковості та мінливості організмів. Ген це ділянка молекули нуклеїнової кислоти яка визначає спадкові ознаки організмів. Спабковість це властивість живих організмів передавати свої ознаки й особливості...
66308. ABC-party (позакласний захід для учнів 2 класу) 49 KB
  And hold him in my hands. It is blue, and green, and red, It bounces higher, that my head, It does not want to stop at all What is it? It is my ball. I was in a bed and badly ill, My skipping-rope was so still. But now in the sunny weather, We’ll go in the street together.
66309. Adjective. Прикметник 667 KB
  Look at the clock. Час почати наш урок. Good morning, children! P: Good morning, teacher! T: Sit down, girls. Sit down, boys. T: How are you today? P: I am OK, thank you. Учні запитують один одного «How are you today?» T: It is very good, that you are all OK today.
66310. Эхо Афганских гор 32.5 KB
  Добрый день уважаемые гости и присутствующие в этом зале. Ведущий 2: Сегодня вы имеете возможность услышать рассказы непосредственно воинов афганской войны которые пришли на нашу встречу. Перечисляются фамилии гостей воинов интернационалистов...
66311. «Опаленні долею» вечір-реквієм до річниці виводу військ із Афганістану 37 KB
  Добрый день уважаемые гости Ведущий 2: Здравствуйте все кто пришел на эту встречу Ведущий 1: Мы благодарны всем кто не забыл что в сегодняшний день в далеком 1989 году Ограниченный Контингент Советских войск был выведен из Республики Афганистан где долгие 9 лет шли боевые действия.
66312. Функционально-семантический анализ частицы «как бы» в поэзии Ф.И. Тютчева 475 KB
  Поиск употреблений «как бы» в поэзии Тютчева и составление контекстного тезауруса. Выявление семантических свойств «как бы» в отдельных тютчевских текстах. Обнаружение общих закономерностей (моделей) в функционировании «как бы». Сопоставление «как бы» с синонимичными единицами с целью установления общего и различного в их функционировании...
66313. Цікаве акушерство 95 KB
  Навіть банальна застуда з її можливими ускладненнями у дівчинки може призвести до виникнення проблем під час майбутньої вагітності. Виникає так звана прееклампсія що інколи призводить до переривання вагітності Як цього уникнути Дуже просто. Особливу увагу слід звернути на запобігання небажаній вагітності.