УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ ТВЭЛОВ В РЕЖИМЕ ИМПУЛЬСНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ

Заявляемое техническое решение относится к классу устройств для испытания материалов в исследовательских ядерных реакторах и предназначено, в частности, для испытания твэлов в режиме импульсного увеличения мощности.
Для изучения поведения твэлов новых и усовершенствованных конструкций и обоснования их работоспособности в исследовательских реакторах проводят испытания в стационарных, переходных и аварийных режимах. Одним из видов испытаний является режим, моделирующий импульсное увеличение мощности твэлов. По результатам испытаний определяют предельные значения энергии в зависимости от выгорания топлива и условий охлаждения, при которых происходят разгерметизация оболочки твэлов и фрагментация топлива.
Известно, что подобные испытания проводили в импульсных реакторах [Asmolov V.S., Deniskin V.P., Egorova L.A., Lunin G.L., Pavshuk V.A.. Results of the Testing of Fuel Elements of the WWER-1000 Type in Simulated Accident Conditions with Rising Reactivity on Pulsed IGR and GIDRA Reactors //Severe Accidents in Nuclear Power Plants; Proc. Int. Sympos., Sorrento, 21-25 March, 1988. IAEA, Vienna, 1988, v.1, 2, p.235.]. К недостаткам таких испытаний относится то, что они проводятся при условиях, которые существенно отличаются от номинальных по исходной температуре и режиму охлаждения.
Известно устройство для испытания твэлов в режиме аварийного введения реактивности [Устройство для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме аварийного введения реактивности. Патент №77487. - Бюлл. «Изобретение и полезные модели», 2008, №29]. Оно содержит подвеску с твэлами, помещаемую коаксиально в полый кольцевой вытеснитель, в верхней части которого расположен электромагнит с кольцевым поглощающим экраном. Особенностью конструкции является то, что испытываемые твэлы расположены выше центральной плоскости активной зоны реактора, и в исходном состоянии экранированы поглощающим экраном. При обесточивании электромагнита кольцевой поглощающий экран под действием силы тяжести падает вниз. В результате исчезает экранировка нейтронного потока и происходит импульсное увеличение мощности испытываемых твэлов, которое прекращается срабатыванием аварийной защиты реактора. Нижнее положение кольцевого поглощающего экрана, которое симметрично верхнему относительно распределения нейтронного потока по высоте активной зоны, обеспечивает равенство по реактивности исходного и конечного состояний.
Устройство обладает следующими недостатками:
- испытывать можно только «короткие» твэлы, длина которых не превышает половину высоты активной зоны реактора;
- импульс мощности прекращается срабатыванием аварийной защиты и остановкой всего реактора, что отрицательно влияет на элементы конструкции и неудобно при проведении параллельно других испытаний.
Задачей предлагаемого решения является расширение экспериментальных возможностей по формированию требуемых нейтронно-физических условий испытаний.
Эта задача решается в устройстве для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме импульсного увеличения мощности, размещаемом в двух независимых каналах реактора, причем в одном из каналов размещают подвеску с твэлами, и удерживаемый электромагнитом привода кольцевой рабочий орган, состоящий по высоте из трех жестко связанных частей, причем его верхняя и нижняя части одинаковы по высоте и содержат одинаковое количество поглощающего материала, во втором канале также размещают удерживаемый электромагнитом привода рабочий орган, состоящий по высоте из трех жестко связанных частей, причем высоты этих частей равны высотам соответствующих частей рабочего органа в первом канале, но только средняя часть рабочего органа содержит поглощающий материал, в количестве, которое обеспечивает равенство по вводимой реактивности с верхней и нижней частями рабочего органа в первом канале, при этом в исходном состоянии нижняя часть рабочего органа первого канала экранирует испытываемые твэлы.
Особенностью конструкции является то, что в исходном состоянии нижняя часть рабочего органа первого канала экранирует испытываемые твэлы, при этом его верхняя часть расположена над активной зоной реактора. В конечном состоянии верхняя часть рабочего органа первого канала занимает место нижней части, а последняя расположена под активной зоной реактора. Средние части рабочих органов в обоих каналах в исходном состоянии совмещены по высоте. При одновременном обесточивании электромагнитов приводов обоих каналов происходит синхронное падение рабочих органов под действием силы тяжести. В первом канале возникает, а затем прекращается импульсное увеличение мощности твэлов. Падение рабочего органа во втором канале обеспечивает компенсацию реактивности, вводимой в первом канале.
На прилагаемом рисунке изображено устройство для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме импульсного увеличения мощности, где: а) - верхнее положение рабочих органов, б) - нижнее положение рабочих органов. Оно включает в себя:
1 - первый канал;
2 - второй канал;
3 - электромагнит привода первого канала;
4 - электромагнит привода второго канала;
5 - кольцевой рабочий орган первого канала;
6 - рабочий орган второго канала;
7 - подвеску с твэлами.
Устройство собирается и работает следующим образом. В первый канал 1 устанавливают подвеску с твэлами 7. Снаружи помещают кольцевой рабочий орган первого канала 5, соединяют его с удерживающим электромагнитом привода первого канала 3 и выставляют по высоте так, чтобы обеспечивалась экранировка исследуемых твэлов. Во второй канал 2 устанавливают рабочий орган второго канала 6, соединяют его с удерживающим электромагнитом привода второго канала 4 и выставляют по высоте так, чтобы средние части обоих рабочих органов совпадали по высоте.
Реактор выводят на заданный уровень мощности, при котором обеспечиваются требуемые параметры охлаждающего теплоносителя и линейная мощность твэлов. В заданный момент времени электромагниты обоих приводов (3 и 4) одновременно обесточивают, и оба рабочих органа (5 и 6) под действием силы тяжести падают вниз. В результате сначала исчезает экранировка твэлов от нейтронного потока нижней частью кольцевого рабочего органа первого канала 5 и происходит импульсное увеличение мощности испытываемых твэлов, а затем твэлы экранируются верхней частью кольцевого рабочего органа первого канала 5, что обеспечивает прекращение импульса мощности. Синхронное падение рабочего органа второго канала 6 обеспечивает компенсацию реактивности, вводимой в первом канале. Реактор при этом может продолжать работать на мощности или будет остановлен по регламенту без сброса аварийной защиты.
Использование заявляемого устройства для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме импульсного увеличения мощности позволит расширить экспериментальные возможности реактора по обеспечению требуемых нейтронно-физических параметров испытаний.