19969

Взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива

Лекция

Физика

Рассмотреть взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива, технологические операции с облучательными устройствами и испытуемыми образцами. Представить облучательные устройства в составе стенда, их возможности по исследованию свойств ядерного топлива

Русский

2013-08-13

25.89 KB

0 чел.

Конспект занятия 17.

Цель.

   

Рассмотреть взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива, технологические операции с облучательными устройствами и испытуемыми образцами. Представить облучательные устройства в составе стенда, их возможности по исследованию свойств ядерного топлива, области изменения параметров при испытании топливных композиций. Познакомить слушателей с результатами научных исследований, полученных при эксплуатации стендов, и их ролью в подготовке научных кадров. Ознакомить с тематикой заключительной части курса.

План.

1. Взаимосвязи систем и устройств стенда для исследования физико-механических свойств ядерного топлива

2. Технологические операции с облучательными устройствами и испытуемыми образцами.

3. Облучательные устройства стенда.

4. Направления работ, научные результаты, подготовка научных кадров.

5. О заключительной части курса.

Рассмотрим оснащение стенда первичными преобразователями измеряемых величин и вторичной аппаратурой для регистрации и обработки сигналов. Нас будут также интересовать конкретные экспериментальные устройства стенда и системы обеспечивающие эксперимент.

На рис. 2 схематически показаны взаимосвязи систем, экспериментальные устройства и измерительное оборудование стенда.

Реакторный стенд (1) включает в себя реактор (2), экспериментальные устройства (13), аналоговую систему измерения физических параметров (3), информационно-измерительную систему (ИСС) на базе ЭВМ (4), систему обеспечения эксперимента (5). Все эти системы и экспериментальные установки в результате взаимодействия позволяют

Реакторный стенд        1

Реактор ИРТ-МИФИ        2

Система измерения физических величин             3

Информационно-

измерительная система          4

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

Рис. 2. Взаимосвязи систем и устройства реакторного стенда.

Экспериментальные установки 13

Лабораторные

установки   14

Облучательные

устройства    15

Специальные 16

Аналоги 17

Со сменой

образца 18

Без смены образца 19

Система обеспечения

эксперимента      5

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

получить информацию об объекте испытаний, обработать её (6) и получить конечный результат в виде зависимостей или цифрового материала об изучаемом свойстве.

Каждая из систем (3,5,13) расшифровывается (рис.2), однако, требует некоторых дополнительных пояснений.

Позиция (3) содержит информацию об измерительных системах и их аппаратурном

обеспечении (7,8,9,10,11,12).

Система обеспечения

эксперимента      5

Температура испытаний:

- нагрев: собственные тепловыделения, нагреватель.

- охлаждение: теплоноситель

реактора, газ-заполнитель, вакуум.                            20

Среда испытаний:

- система очистки газа-носителя (заполнителя)

- система вакуумирования  21

Транспортные операции:

-смена образца,

- смена установки.       22

Система обеспечения эксперимента (5) делится на три подсистемы. Заданная температура испытаний (20) достигается установлением баланса тепла в экспериментальной установке (13). В зависимости от температуры баланс может достигаться либо за счет собственных тепловыделений в образце (20.1) при определённой системе охлаждения, либо с помощью дополнительного электрического нагревателя (20.2). Возможны различные комбинации систем нагрева и охлаждения, в том числе и изменение тепловыделений при перемещении испытуемого образца в неравномерном поле излучений для достижения требуемого температурного интервала испытаний.

№№

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

Так как большинство объектов испытаний    необходимо исследовать при повышенных температурах, когда возможно их химическое взаимодействие с окружающей атмосферой, что существенно может исказить результаты экспериментов , то система обеспечения предусматривает вакуумирование рабочего объема (21.2) и заполнение его очищенным газом –носителем (заполнителем (21.1)).

Таб.1

Транспортно-технологические операции (22) осуществляются на ИРТ-МИФИ кран-балкой физического зала и предусматривают два типа работ: смену образца в облучательном устройстве (22.1), смену облучательного устройства.

Перечень и назначение экспериментальных устройств (13) стенда представлены в таблице 1, их можно разделить на лабораторные установки (14),  лабораторные аналоги облучательных устройств (17)  специальные установки (16) и облучательные устройства (15).

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

Экспериментальные установки 13

Лабораторные

установки   14

Облучательные

устройства    15

Специальные 16

Аналоги 17

Со сменой

образца 18

Без смены образца 19

Экспериментальные результаты исследования пластических свойств ядерного топлива и разработанные на их основе рекомендации для обоснования работоспособности и лицензирования твэлов энергетических реакторов внедрены в кодовые программы расчета надежности энергетических реакторов РФ.

   Экспериментальные возможности реакторного стенда ИРТ-МИФИ позволили впервые провести исследование механических свойств отечественного топлива энергетических реакторов,   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.

Научные исследования проведенные кафедрой 18 МИФИ при разработке и эксплуатации реакторных стендов для исследования физико-механических свойств ядерного топлива представлены в более чем 200 научных публикациях.

По результатам научных исследований успешно защищены:

- три докторские диссертации,

-  двенадцать кандидатских работ.

- более ста дипломных работ.

Заключительная часть курса будет посвящена рассмотрению конкретных примеров использования изложенных выше материалов в научной практике. В этом изложении, естественно, не может быть уже полностью решенных задач представленных в рамках курса.

        

Будут подробно рассмотрены две задачи:

-первая задача связана с использованием модельных представлений для восстановления физических параметров материала (изделия).

          Рассматриваются экспериментальные результаты исследования выхода газов-продуктов деления из ядерного топлива на основе диоксида урана различных технологий, которые удается описать двухстадийной диффузионной моделью. Сопоставление экспериментальных результатов с модельными представлениями дают возможность определить параметры переноса газов-продуктов деления в ядерном топливе.

-вторая задача весьма важна при экспериментальном исследовании размерной нестабильности ядерного топлива (деформации радиационного доспекания и распухания, деформация радиационной ползучести).

Информационная ценность активных реакторных испытаний в основном определяется их соответствием, приближением к реальным условиям эксплуатации объекта испытаний в ядерной энергетической установке. Если этот объект сердечник твэла энергетического реактора, то измеряемая в реакторном эксперименте характеристика (предположим скорость ползучести диоксида урана) по возможности должна определяться при штатных значениях нейтронных потоков и интервалов температур. Подобное желание далеко не всегда выполнимо. Если говорить о ползучести такой композиции как диоксид урана, то можно выделить несколько факторов, определяющих ценность полученных результатов:

  1. Приближение эксперимента к штатным значениям нейтронного потока энергетического реактора ограничено градиентами температурного поля в испытуемом сердечнике. Возникающие при этом термонапряжения могут привести к разрушению сердечника или появлению трещин. Такое положение не допустимо при проведении испытаний на ползучесть и газовыделение.
  2. Наличие температурного поля в сердечнике ставит вопрос о температурном уровне отнесения полученных экспериментальных результатов по радиационной деформации. Особенно это важно, если исследуемая характеристика имеет высокое значение энергии активации. Этот вопрос методически важен, его решение будет представлено ниже.
  3. Влияние внутренних тепловыделений и температурного поля в образце на экспериментальные результаты может быть уменьшено оптимизацией конструкции облучательного устройства с использованием результатов тепловых расчетов.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34479. Русское искусство первой трети 18в.: формирование живописного портрета. Преображенская серия. Творчество живописцев И.Н. Никитина, А.М. Матвева 32.5 KB
  : формирование живописного портрета. Еще в XVII веке возник прообраз реалистического портрета значительно отличающийся от старого условного иконописания. В портрете XVIII столетия проявился исключительный интерес к человеку. Уже в так называемой Преображенской серии портретов которые долго было принято называть в науке портретами шутов так как они исполнены с лиц участвовавших в таком сатирическом конклаве как Всепьянейший сумасбродный собор всешутейшего князьпапы видно напряженное внимание к человеческому лицу к реалиям быта.
34480. Русское искусство сер.18в.:Елизаветинское барокко. Интерьеры. Архитектура. Деятельность Б.Ф. Растрелли. Тенденции рококо и барокко в интерьерах и мебели 31 KB
  :Елизаветинское барокко. Тенденции рококо и барокко в интерьерах и мебели. делится на два этапа: 30е годы мрачное время правления Анны Иоанновны засилья иноземцев и 4050е годы годы елизаветинского правления некоторого смягчения нравов предыдущего времени роста национального самосознания поощрения всего отечественного время сложения стиля русского барокко знаменующего синтез всех видов искусства. Елизаветинское барокко художественный стиль характерный для времени Елизаветы.
34481. Русское искусство середины 18в.: Живопись – расцвет портрета. Своеобразие творческого метода живописцев И.Я. Вишнякова, И.П. Аргунова, Л.П. Антропова 36 KB
  : Живопись расцвет портрета. В его портретах особенно детских отразился дух русского рокайльного искусства но в них нет бездушности фривольности наружной слащавости и галантности присущих западному рококо. Но лица в портретах пронизаны теплотой и душевностью в них есть особая интимность и непритязательность обаяние и цельность образа. Аргунов первые приобретшие известность портреты соединяют в себе принцип композиции западноевропейского парадного портрета и идущие от парсуны черты застылости живописной сухости плоскостности.
34482. Русское искусство середины 18в.: Архитектура – от барокко к классицизму 31 KB
  : Архитектура от барокко к классицизму. Переход от барокко к классицизму был одним из самых быстрых в смене стилей отечественной архитектуры. Конец 1750х годов еще расцвет барокко. Барокко как самостоятельный стиль в русской архитектуре оформилось в 1730х годах.
34483. Русская архитектура середины 18в. Школа Д. В.Ухтомского. Своеобразие архитектурного почерка 33 KB
  Ухтомского заключалась в руководстве правильной застройкой города. Ухтомского. Ухтомского выходили отличные зодчие примером чего может служить М. Ухтомского.
34484. Русская архитектура второй половины 18в. Деятельность М.Ф. Казакова 35 KB
  Казакова М. Казаков ученик архитектурной школы известного русского зодчего Д. возглавил школу и команду Казаков приобрел большой строительный опыт: участвовал в создании Головинского дворца Триумфальных ворот на Страстной площади в честь коронации Екатерины II галереи Оружейной палаты. Впервые дарование Казакова как архитектора раскрылось во время его участия в восстановлении Твери после пожара в мае 1763 г.
34485. Русское искусство к.18в.: Эпоха русского классицизма. Портретный и исторический жанр в творчестве А.П. Лосенко. М.Шибанов – зачинатель крестьянского бытового жанра 34.5 KB
  Лосенко. Лосенко 1737 1773 сын крестьянина ставший потом директором Академии. Будучи воспитанником Академии художеств Лосенко создал большую историческую картину на евангельский сюжет Чудесный улов . Лосенко много внимания уделял он живописным этюдам обнаженного тела; в результате появились известные полотна Авель и Каин .
34486. Русское искусство к.18в.: Исторический пейзаж в творчестве Ф.М. Матвеева, С.Ф. Щедрина. Городской пейзаж в творчестве Ф.Я. Алексеева 31 KB
  Классицизм стремился подчинить себе все виды живописи превратить их по сути дела в исторический жанр. Среди его работ наиболее известны серии видов Павловского Гатчинского и Петергофского парков виды Каменного острова и декоративные панно для Михайловского дворца в Петербурге. Щедрин запечатлел конкретные виды архитектурных сооружений но главную роль отводил не им а окружающей природе с которой человек и его творения оказываются в гармоническом слиянии. Виды уютны уравновешенны в них есть прелесть открытия нового чувства природы...
34487. Русское искусство к.18в.: Портрет в творчестве Ф.С. Рокотова, Д.Г. Левицкого, В.Л. Боровиковского 34 KB
  : Портрет в творчестве Ф. Новый этап в развитии портретного искусства которое теперь не ограничивается запечатлением индивидуальных черт человека но проникает в его внутренний мир ознаменовался творчеством Ф. Удивительная одаренность Рокотова быстро принесла ему известность и признание при дворе но лучшие произведения относятся к московскому периоду его жизни где расцвел талант художника в области интимных камерных портретов. Созданный Рокотовым тип портрета камерный интимный портрет составляет целую эпоху в русской портретной...