УСТРОЙСТВО ДЛЯ СРАВНИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ ЯДЕРНОЙ ТЕХНИКИ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ РЕАКТОРЕ

Заявляемое техническое решение относится к классу устройств для испытания материалов в исследовательских ядерных реакторах и предназначено, в частности, для сравнительных испытаний. Основная цель сравнительных испытаний заключается в выявлении модификации материалов, которая при заданных одинаковых условиях испытаний обладает наилучшим набором качеств.
Известно устройство для сравнительных испытаний твэлов в исследовательском ядерном реакторе МИР [Исследовательские реакторы института и их экспериментальные возможности / Под научн. ред. проф. В.А.Цыканова. Димитровград: НИИАР, 1991], представляющее собой петлевой канал, состоящий из разделителя потока теплоносителя, несущего давление корпуса канала и вакуумного чехла, которые расположены коаксиально. Различные модификации испытываемых твэлов помещены внутрь разделителя потока теплоносителя в виде единой тепловыделяющей сборки. Теплоноситель опускается в зазора между несущим давление корпусом канала и разделителем потока теплоносителя, под активной зоной разворачивается на 180 градусов и поднимается внутри разделителя потока, охлаждая твэлы.
К недостаткам указанного устройства относится то, что из-за радиальной неравномерности энерговыделения твэлы разных модификаций испытываются не при одинаковых условиях. Кроме того, аварийная ситуация, связанная с обезвоживанием петлевого канала, приводит к вводу положительной реактивности. Причем, большая часть эффекта реактивности (до 80%) приходится на полости канала, не содержащие топлива, в частности, на опускной участок между корпусом канала и разделителем потока теплоносителя.
Известно устройство для сравнительных испытаний материалов ядерной техники, например, твэлов в исследовательском ядерном реакторе МИР [«Тепловыделяющая сборка» Авторское свидетельство №665556], состоящее из экспериментального участка, выполненного в виде несущего давление канала, в который друг над другом установлено несколько укороченных сборок испытываемых элементов, каждая из которых набрана из материалов одной модификации, опускного участка теплоносителя, образованного обечайкой, размещенной между несущим давление каналом и испытываемыми сборками, и теплоизолирующего участка в виде вакуумного чехла, окружающего экспериментальный и опускной участки и предотвращающего переток тепла от среды устройства к среде реактора.
Устройство обладает следующими недостатками:
- неравномерность распределения энерговыделения по высоте приводит к тому, что исследуемые сборки, расположенные на разных этажах устройства, испытываются не при одинаковых условиях;
- аварийная ситуация, связанная с обезвоживанием петлевого канала, приводит к вводу положительной реактивности. Причем, большая часть эффекта реактивности (до 80%) приходится на опускной участок теплоносителя между несущим давление каналом и обечайкой.
Задачами предлагаемого решения являются создание одинаковых условий при сравнительных испытаниях материалов ядерной техники и уменьшение значения положительного эффекта реактивности, связанного с обезвоживанием петлевого канала.
Для решения этих задач в устройстве для сравнительных испытаний материалов ядерной техники в исследовательском реакторе, состоящем из экспериментального участка, опускного участка теплоносителя и окружающего их теплоизолирующего участка, экспериментальный участок выполнен в виде нескольких несущих давление каналов, расположенных на одинаковом расстоянии от вертикальной оси устройства, в каждый из которых помещена сборка испытываемых элементов, набранная из материалов одной модификации, опускной участок выполнен в виде одной или нескольких несущих давление труб, размещенных параллельно каналам экспериментального участка.
Для улучшения нейтронно-физических характеристик устройства пространство теплоизолирующего участка между трубами опускного и экспериментального участков может быть заполнено керамической засыпкой, состоящей, например, из оксидов циркония или алюминия.
Варианты исполнения предложенного устройства для сравнительных испытаний материалов ядерной техники в исследовательском реакторе приведены на рисунках 1 и 2.
Цифрами обозначены:
1. - несущий давление канал экспериментального участка;
2. - труба опускного участка;
3. - вакуумный чехол теплоизолирующего участка;
4. - сборка испытываемых элементов.
Устройство работает следующим образом.
Собирают конструкцию, состоящую из несущих давление каналов экспериментального участка (1) и труб опускного участка (2), помещают ее в вакуумный чехол теплоизолирующего участка (3), заполняют засыпкой, вакуумируют и герметизируют теплоизолирующий участок. Устройство устанавливают в реактор. В несущие давление каналы экспериментального участка (1) помещают сборки испытываемых элементов (4), каждая из которых набрана из материалов одной модификации. Устройство подключают к оборудованию петлевой установки, обеспечивающему требуемые параметры теплоносителя. Включают оборудование петлевой установки в работу, и выводят реактор на необходимый уровень мощности. Теплоноситель с напора насоса подается в верхнюю часть труб опускного участка (2). В нижней части устройства он разворачивается на 180 градусов, попадает в несущие давление каналы экспериментального участка (1), охлаждает испытываемые элементы и из верхней части устройства уходит на всас насоса.
Исполнение экспериментального участка в виде нескольких несущих давление каналов, расположенных на одинаковом расстоянии от вертикальной оси устройства, обеспечивает одинаковые условия испытаний для всех исследуемых сборок. Исполнение опускного участка в виде одной или нескольких несущих давление труб, размещенных параллельно каналам экспериментального участка, обеспечивает минимальное количество воды в устройстве. При этом вода в опускном участке становится эффективным замедлителем, и ее удаление не приводит к вводу положительной реактивности.