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

16330. Программирование алгоритмов разветвляющейся структуры 293 KB
  Лабораторная работа № 2 Программирование алгоритмов разветвляющейся структуры Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов разветвляющейся структуры с помощью пользовательской подпрограммыпроцедуры где на определенном этапе производится выбор очеред...
16331. Программирование алгоритмов ветвлений со многими вариантами 54.5 KB
  Лабораторная работа № 3 Программирование алгоритмов ветвлений со многими вариантами Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов ветвлений со многими вариантами с помощью пользовательской подпрограммыфункции позволяющей выбрать необходимый вариант из...
16332. Программирование алгоритмов циклической структуры 128.5 KB
  Лабораторная работа № 4 Программирование алгоритмов циклической структуры Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов циклической структуры с помощью подпрограммыпроцедуры позволяющую вычислять сумму произведение конечного ряда с помощью операторо
16333. Табулирование функции 209.5 KB
  Лабораторная работа № 5 Табулирование функции Цель: приобретение навыков программирования вычисления значений функции вида y=fx на промежутке [ab] с шагом h и z=fxy на промежутке [ab] и [cd] с шагом hx и hy с помощью пользовательской подпрограммыпроцедуры. Индивидуальные в
16334. Одномерные массивы 60 KB
  Лабораторная работа № 6 Одномерные массивы Цель: приобретение навыков программирования обрабатывать последовательности с помощью пользовательской подпрограммыпроцедуры. Индивидуальные варианты лабораторной работы № 6 представлены в таблице 22 Таблица 22 ...
16335. Двумерные массивы. Вложенные циклы 112 KB
  Лабораторная работа № 7 Двумерные массивы. Вложенные циклы Цель: приобретение навыков программирования обработки табличных данных с помощью пользовательской подпрограммыпроцедуры. Индивидуальные варианты лабораторной работы № 7 представлены в таблицах 23 24
16336. Разработка пользовательского приложения с помощью объектов: кнопки-переключателя, контрольного индикатора, рамки 258.5 KB
  Лабораторная работа № 8 Разработка пользовательского приложения с помощью объектов: кнопкипереключателя контрольного индикатора рамки Цель: приобретение навыков разработки проекта VBA с помощью объектов Формы кнопкапереключатель контрольный индикатор рамка. ...
16337. Массивы в VBA 61.5 KB
  Массивы В VBA различают два вида переменных простые переменные и переменные структурного типа. Простые переменные служат для идентификации и резервирования памяти для одного данного. Переменные структурного вида предназначены для идентификации и резервирования па
16338. Объекты формы в VBA: Кнопки-переключатели, Контрольные индикаторы, Рамки 652.5 KB
  Объекты формы в VBA: Кнопкипереключатели Контрольные индикаторы Рамки Кнопкипереключатели. Элемент управления OptionButtons Переключатель позволяют пользователю выбрать одну или несколько взаимоисключающих альтернатив. Эти элементы управления обычно появляются групп...