ИМИТАТОР ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ НАСТРОЙКИ ПРИБОРОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦ РАЗЛИЧНЫХ СРЕД ТОПЛИВНОГО СТОЛБА
FUEL ELEMENT SIMULATOR FOR ADJUSTMENT OF DEVICES MEASURING BOUNDARIES OF VARIOUS MEDIA IN FUEL COLUMN

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) для тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.
Твэлы изготавливают в виде труб, где активной частью является топливный столб, состоящий из нескольких частей, например топливный столб твэл для реактора типа ЭГП состоит из последовательно расположенных по длине участков из шлифзерна (корундовая крошка), из диоксида урана, из крупки из нержавеющей стали и без наполнителя (воздух). При этом очень важным является определение точных границ сред (материалов) этих частей. Для их измерения, как правило, применяются установки, содержащие в себе источник гамма-излучения, который просвечивает топливный столб и детектор, который принимает прошедшее через него гамма-излучение. По перепаду между сигналами на различных частях топливного столба (метод измерения гамма-абсорбционный) определяется их граница. Для настройки этих приборов изготавливаются аналоги контролируемых твэлов (стандартные образцы). Однако с течением времени образцы приходят в негодность и их необходимо изготавливать заново.
Процесс изготовления новых образцов и их аттестация очень трудоемкий и сложный процесс, связанный с подбором комплектующих, дополнительных затратах на топливо и аттестацией длин в метрологической службе.
Поэтому задача изобретения заключается в разработке имитатора твэла, применяемого для настройки и проверки настройки приборов определения границ сред указанных выше частей топливного столба без привязки к форме самого твэла и к материалу, из которого они реально изготовлены.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении точной имитации способности частей твэла поглощать гамма-излучение без использования стандартного образца твэла.
Технический результат достигается имитатором тепловыделяющего элемента (твэла) для настройки приборов определения границ различных сред топливного столба твэла, выполненным в виде пластины, включающей последовательно расположенные участки различной толщины в порядке расположения и по числу сред топливного столба твэла, при этом толщина каждого участка выбрана из условия:
ср
ср
имит
х=µx/µ, где
x - толщина данного участка пластины;
ср
x - толщина соответствующей среды в твэле;
ср
µ - линейный коэффициент ослабления гамма-квантов для соответствующей среды твэла;
имит
µ - линейный коэффициент ослабления гамма-квантов для материала пластины.
Сущность изобретения заключается в использовании для изготовления имитатора материала, имитирующего поглощение гамма-квантов в реальных средах топливного столба.
Как известно, ослабление (уменьшение интенсивности) потока гамма-квантов при прохождении через слой материала (среды) происходит по экспоненциальному закону.
N(x) - количество зарегистрированных импульсов гамма-излучения в единицу времени;
µ - линейный коэффициент ослабления гамма-излучения для данного материала;
x - толщина слоя материала, мм.
Поэтому, зная линейные коэффициенты ослабления сред, входящих в топливный столб, можно имитировать их коэффициенты ослабления (значение µx) любым материалом, например нержавеющей сталью, определенной толщины.
На чертеже приведен пример выполнения имитатора твэла для реактора ЭГП.
Имитатор представляет собой металлическую пластину 5, поделенную на четыре последовательно расположенных разных по толщине участка 1-4. Участки 1-4 могут быть одинаковыми по длине. Каждый из участков 1-4 имитирует затухание гамма-квантов от гамма-источника в соответствующей среде твэла (например, шлифзерно (корунд) - диоксид урана - нержавеющая крупка (в случае твэла реактора ЭГП) - воздух).
-1
Участок 1 - имитатор шлифзерна (µ - линейный коэффициент ослабления шлифзерна для смеси элементов, входящих в него, принят 7.29 см).
-1
Участок 2 - имитатор диоксида урана (µ - линейный коэффициент ослабления диоксида урана 88.451 см).
-1
Участок 3 - имитатор крупки из нержавеющей стали (µ - линейный коэффициент ослабления крупки из нержавеющей стали - 9.420 см).
-1
Участок 4 - имитатор поглощения на «воздухе» (пустая оболочка) (µ - линейный коэффициент ослабления на пустой оболочке принят 2.4 см).
Исходя из справочных значений µ для различных сред топливного столба твэла рассчитывается толщина участков 1-4 пластины 5 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т по формуле
стали
х - толщина искомой секции имитатора из стали;
ср
шлифзерно
урана
крупки
пуст.обол
х - толщина соответствующего материала (среды) в твэле (х=1.2 см); (х=0.4 см); (х=1.2 см); (х=1.2 см);
cp
µ - линейный коэффициент ослабления гамма-квантов для соответствующего материала (среды) твэла для энергии 59 кэВ (источник Am241);
стали
стали
-1
µ - линейный коэффициент ослабления гамма-квантов для стали для энергии 59 кэВ (источник Am241) (µ=10 см).
В результате расчетов по формуле (2) получены следующие значения толщин участков 1-4 пластины 5.
Для участка 1 - толщина 9 мм.
Для участка 2 - толщина 23 мм.
Для участка 3 - толщина 12 мм.
Для участка 4 - толщина 2 мм.
Разработанный имитатор твэла для измерения границ переходов различных сред топливного столба твэла позволяет полностью заменить стандартные образцы, изготовленные в виде реальных твэлов, и обеспечивает удобство настройки и проверки настройки приборов, предназначенных для определения границ различных сред. Данные имитаторы имеют неограниченный срок действия, не подвержены износу и не требуют специальных мер для хранения, так как не содержат в себе делящегося материала.