УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ ТВЭЛОВ В РЕЖИМЕ АВАРИЙНОГО ВВЕДЕНИЯ РЕАКТИВНОСТИ

Заявляемое техническое решение относится к классу устройств для испытания материалов в исследовательских ядерных реакторах и предназначено, в частности, для испытания твэлов в режиме аварийного введения реактивности.
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 аварийное введение реактивности. Для твэлов ВВЭР-1000 в эксперименте необходимо обеспечить импульсное увеличение нейтронной мощности с полушириной до 1,5 с и амплитудой до 2,5 с.
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, режиму охлаждения, и прогнозируемым параметрам импульса.
Известно устройство для испытания твэлов в режиме аварийного введения реактивности, которое используется в реакторе МИР [Способ и устройство для испытания твэлов в режиме реактивностной аварии в стационарно работающем исследовательском ядерном реакторе. Патент №2243605 от 11.02.2003. - Бюлл. «Изобретение и полезные модели», 2004, №36,
с.980-981]. Оно содержит подвеску с тремя твэлами и кольцевой поглощающий экран, который в исходном положении экранирует твэлы. Под действием гидропривода экран перемещается вертикально вверх и, тем самым, освобождая твэлы, обеспечивает необходимый импульс мощности. Компенсация вводимой при перемещении экрана положительной реактивности обеспечивается введением в активную зону реактора дополнительного поглотителя, который жестко связан с первым и имеет аналогичную поглощающую способность. Окончание импульса обеспечивается сбросом аварийной защиты реактора, срабатывание которой происходит от реле времени.
Устройство обладает следующими недостатками:
- наличие дополнительного поглотителя, который в исходном состоянии расположен в нижней части активной зоны, приводит к снижению вклада данного участка в общую мощность реактора, что ограничивает возможности по формированию требуемых нейтронно-физических характеристик, в частности, линейной мощности твэлов;
- время нарастания импульса мощности, составляющее ~ 1 с, определяется характеристиками гидропривода и не может быть сокращено.
Задачей предлагаемого решения является расширение экспериментальных возможностей по формированию требуемых нейтронно-физических условий испытаний и сокращение времени нарастания импульса.
Эта задача решается в устройстве для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме аварийного введения реактивности, содержащем подвеску с твэлами, помещаемую коаксиально в заполненный инертным газом полый кольцевой вытеснитель, в верхней части которого расположен электромагнит, соединенный через магнитопровод переменной длины с кольцевым поглощающим экраном.
В устройстве для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме аварийного введения реактивности магнитопровод
переменной длины выполнен в виде расположенных друг над другом колец из магнитного материала, соединенных между собой гибкими элементами.
Особенностью конструкции является то, что испытываемые твэлы расположены выше центральной плоскости активной зоны реактора, а нижнее положение кольцевого поглощающего экрана симметрично верхнему относительно распределения нейтронного потока по высоте активной зоны. Такая конфигурация элементов конструкции обеспечивает равенство по реактивности состояний, когда кольцевой поглощающий экран занимает верхнее и нижнее положения.
На прилагаемом рисунке изображено устройство для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме аварийного введения реактивности. Оно включает в себя:
1 - подвеску с твэлами;
2 - кольцевой вытеснитель;
3 - электромагнит;
4 - магнитопровод;
5 - кольцевой поглощающий экран.
Устройство собирается и работает следующим образом. Кольцевой поглощающий экран 5 соединяют с нижним концом магнитопровода 4, верхний конец которого прикрепляют к электромагниту 3. Полученную конструкцию помещают в кольцевой вытеснитель 2 и герметизируют. Кольцевой вытеснитель 2 размещают в активной зоне исследовательского реактора, а в него коаксиально устанавливают подвеску 1 с испытываемыми твэлами. Подачей напряжения на электромагнит 3 обеспечивают уменьшение длины магнитопровода 4, подъем кольцевого поглотителя 5 в крайнее верхнее положение и экранировку испытываемых твэлов от нейтронного потока. Реактор выводят на заданный уровень мощности, при котором обеспечиваются требуемые параметры охлаждающего теплоносителя и уровень линейной мощности твэлов.
В заданный момент времени электромагнит обесточивают, и 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.
Использование заявляемого устройства для испытания в исследовательском ядерном реакторе твэлов в режиме аварийного введения реактивности позволит расширить экспериментальные возможности по обеспечению требуемых нейтронно-физических параметров испытаний и сократить время нарастания импульса нейтронной мощности.