СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТВЭЛОВ В РЕЖИМЕ СКАЧКООБРАЗНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ МОЩНОСТИ В ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ
METHOD OF TESTING FUEL ELEMENTS IN STEPWISE POWER INCREASE MODE IN RESEARCH REACTOR

Изобретение относится к ядерной энергетике в области управления внутриреакторными процессами и может быть использовано при проведении испытаний твэлов в режиме скачкообразного увеличения мощности в исследовательском ядерном реакторе для сокращения времени эксперимента и улучшения условий моделирования происходящих процессов.
Для изучения поведения твэлов новых конструкций и обоснования их работоспособности в исследовательских реакторах проводят испытания в стационарных, переходных и аварийных режимах. Одним из видов испытаний является скачкообразное увеличение мощности (в зарубежной литературе - RAMP). Эксперимент предусматривает подъем мощности после продолжительной работы твэлов на пониженном уровне со скоростью, превышающей скорость релаксации напряжений в оболочке твэла, которые возникают за счет воздействия на нее топливного сердечника. Как правило, интерес представляет увеличение мощности около 100% исходной линейной мощности твэлов.
Известен способ испытания твэлов в режиме скачкообразного увеличения мощности [Андреев В.И., Егоренков П.М., Колядин В.И. и др. Применение газообразного поглотителя для испытаний твэлов в нестационарных режимах. // Атомная энергия, т.51, вып.5, 1981, с.302-304], предусматривающий размещение испытываемых твэлов во внутриреакторном облучательном устройстве, вокруг которого расположен экран в виде трубчатой спирали с газообразным поглотителем, соединенной с внереакторным стендом, поддерживающим требуемое давление газа, вывод реактора на заданную мощность, работу в течение заданного времени и последующее подключение экранов к емкости, в которой давление меньше исходного. За счет уменьшения концентрации газа в трубках поглощающая способность экранов уменьшается, плотность потока нейтронов и соответственно мощность твэлов увеличивается.
К недостаткам указанного способа относится необходимость значительных капитальных затрат для создания стенда с газообразным поглотителем и существенных усилий для исключения аварийных ситуаций с быстрым вводом положительной реактивности, связанных с утечкой поглощающего газа из контура стенда из-за возможных его повреждений.
Известен способ испытания твэлов в режиме скачкообразного увеличения мощности в реакторе МИР [Грачев А.Ф., Калыгин В.В., Малков А.П., и др. Изучение возможности проведения в реакторе МИР экспериментов со скачкообразным увеличением мощности твэлов. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерная техника и технология, 1993, вып.1, с.41-49.], предусматривающий размещение облучательного устройства с испытываемыми твэлами в петлевом канале, вокруг которого расположены штатные органы регулирования реактора; вывод реактора на заданную мощность при погруженных в активную зону штатных органах регулирования, расположенных рядом с петлевым каналом, выдержку до стабилизации всех параметров и достижения равновесных состояний на этом уровне мощности (~5 сут); полное извлечение штатных органов регулирования, расположенных рядом с петлевым каналом с максимально возможной скоростью с компенсацией вводимой положительной реактивности одновременным погружением штатных органов регулирования, расположенных в участках активной зоны, удаленных от петлевого канала.
К недостаткам указанного способа относится то, что скорость перемещения органов регулирования ограничена по соображениям безопасности, поэтому с помощью описанного способа невозможно осуществление быстрого увеличения мощности испытываемых твэлов. Удвоение мощности обеспечивается минимально за 8 мин. Кроме того, увеличение мощности испытываемых твэлов происходит неравномерно: при извлечении штатных органов регулирования из активной зоны сначала увеличивается мощность нижних участков твэлов, затем средних и т.д.
Вышеуказанные недостатки устраняются тем, что в способе испытания твэлов в режиме скачкообразного увеличения мощности, предусматривающем размещение облучательного устройства с испытываемыми твэлами в петлевом канале, вокруг которого расположены штатные органы регулирования реактора, вывод реактора на заданную мощность при погруженных в активную зону штатных органах регулирования, расположенных рядом с петлевым каналом, и выдержку до стабилизации всех параметров и достижения равновесных состояний на этом уровне мощности (~5 сут), полное извлечение штатных органов регулирования, расположенных рядом с петлевым каналом, и компенсацию вводимой положительной реактивности погружением штатных органов регулирования, расположенных в участках активной зоны, удаленных от петлевого канала, одновременно с полным извлечением штатных органов регулирования, расположенных рядом с петлевым каналом, и компенсацией вводимой положительной реактивности погружением штатных органов регулирования, расположенных в участках активной зоны, удаленных от петлевого канала, производят снижение общей мощности реактора таким образом, что мощность испытываемых твэлов остается постоянной, а скачкообразное увеличение мощности испытываемых твэлов обеспечивают последующим подъемом общей мощности реактора с заданной скоростью.
Снижение общей мощности реактора в процессе перекомпенсации органов регулирования для поддержания неизменной мощности испытываемых твэлов производят путем погружения в активную зону стержня автоматического регулирования.
Подъем общей мощности реактора для обеспечения скачкообразного увеличения мощности испытываемых твэлов производят путем извлечения из активной зоны стержня автоматического регулирования.
Новым существенным признаком по сравнению с прототипом является:
- снижение общей мощности реактора в процессе перекомпенсации органов регулирования для поддержания неизменной мощности испытываемых твэлов;
- осуществление скачкообразного увеличения мощности испытываемых твэлов подъемом общей мощности реактора с заданной скоростью.
В реакторе МИР испытания твэлов ВВЭР в режиме скачкообразного увеличения мощности проводили в петлевом канале 3-7, рядом с которым расположены органы регулирования №№16, 17, 26. Компенсацию вводимой положительной реактивности при их извлечении осуществляли максимально удаленными органами регулирования №№22, 23, 30. Извлечение органов регулирования №№16, 17, 26 приводило к увеличению мощности твэлов в канале 3-7 в 2,2 раза. Поэтому при проведении перекомпенсации одновременно с помощью задатчика мощности путем погружения в активную зону стержня автоматического регулирования во столько же раз снижали мощность реактора и соответственно мощность всех одновременно испытываемых в других петлевых каналах экспериментальных ТВС.Продолжительность перекомпенсации минимально составляла 8 мин. После ее завершения мощность реактора поднимали до исходного уровня за 2,5 мин. При этом обеспечивалось скачкообразное увеличение мощности твэлов в петлевом канале 3-7, а мощность всех одновременно испытываемых в других петлевых каналах экспериментальных ТВС возвращалась к исходному уровню. Поскольку увеличение мощности реактора осуществлялось за счет перемещения автоматического регулятора, который удален от петлевого канала 3-7, мощность испытываемых в нем твэлов увеличивалась равномерно по всей высоте.
Предложенный способ проведения эксперимента позволяет обеспечить как однократное, так и ступенчатое увеличение мощности.