СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТВЭЛОВ В РЕЖИМЕ РЕАКТИВНОСТНОЙ АВАРИИ В СТАЦИОНАРНО РАБОТАЮЩЕМ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОМ ЯДЕРНОМ РЕАКТОРЕ Российский патент 2004 года по МПК G21C23/00 

Изобретение относится к ядерной технике и решает задачу испытания тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов в исследовательском ядерном реакторе при импульсном увеличении тепловой мощности, характерном для реактивностной аварии водяного энергетического реактора, и охлаждении твэлов проточным теплоносителем.

Испытания твэлов в режиме импульсного увеличения мощности до последнего времени проводили в импульсных реакторах, например, ИГР, БИГР, КАБРИ, о чем имеются соответствующие публикации. Однако объем и программы исследований твэлов не позволяют ориентироваться лишь на специализированные реакторы. Поэтому возникает необходимость создания соответствующих условий испытания твэлов (режим реактивностной аварии - RIA) в обычном стационарно работающем исследовательском ядерном реакторе (ИЯР) для изучения, например, выхода активности в контур, герметичности твэлов. Открытых публикаций об использовании стационарно работающих ИЯР для испытаний твэлов в режиме RIA не обнаружено.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа его использования для испытания твэлов в режиме реактивностной аварии в стационарно работающем ИЯР.

Это достигается тем, что для изменения мощности твэлов в исследовательском ядерном реакторе (в одном из каналов) устанавливают устройство, в котором используется экран, поглощающий тепловые нейтроны, жестко соединенный с другим экраном, обеспечивающим отрицательный эффект реактивности Δρ за счет перемещения его из периферийной части активной зоны в центральную за время 0,5-5 с.

Устройство оснащено двумя поглощающими экранами, один из которых перемещается из периферийной части активной зоны с меньшей плотностью потока тепловых нейтронов в центральную с большей плотностью.

Два экрана устройства имеют жесткое соединение.

Наличие второго экрана обеспечивает отрицательный эффект реактивности Δρ, без него эффект был бы положительным из-за того, что первый экран перемещается из центральной части активной зоны в периферийную.

На чертеже (фиг.1) изображен продольный разрез устройства, где 1 - твэлы; 2 - топливная часть твэлов; 3 - алюминиевый вытеснитель воды; 4 - циркониевая труба с экранами; 5 - верхний экран из гафния; 6 - нижний экран из кадмия; 7 - циркониевый корпус канала.

Эксперимент (испытание) производят следующим образом.

Устройство перед испытанием устанавливают в канал (ячейку) ИЯР и подсоединяют ко всем коммуникациям средств измерений (температуры твэлов, параметров теплоносителя, потока нейтронов - на чертеже не показаны). Задают требуемый расход теплоносителя через устройство. ИЯР выводят на заданную мощность, что обеспечивает исходное энерговыделение в твэлах. Для импульсного увеличения мощности твэлов с помощью привода перемещают экраны вверх. Это приводит к небольшому отрицательному эффекту реактивности, который компенсируется системой автоматического регулирования (АР) ИЯР. В случае неполной компенсации системой АР мощность ИЯР начинает медленно снижаться. Затем через заданный промежуток времени (до 10 с) при достижении требуемой температуры твэлов для снижения мощности производят ввод стержней аварийной защиты ИЯР. При необходимости испытания следующего пучка твэлов после извлечения испытанных твэлов из ИЯР возможно повторение операций.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Данные устройства для реактора МИР.М1 (координату Z отсчитывают от центра активной зоны (ЦАЗ), выше ЦАЗ Z>0): длина активной части МИР.M1 - 1 м, испытуемый пучок из 3 твэлов с длиной топлива 190 мм и диаметром циркониевой оболочки 9,1 мм; шаг треугольной решетки твэлов 12,75 мм; Z нижнего торца топлива +30 мм; верхний экран из гафния состоит из двух частей толщиной 1,7 мм (нижняя) и 1,4 мм (верхняя), длиной 150 и 140 мм соответственно и внутренним диаметром 98 мм; в исходном положении Z нижнего торца верхнего экрана -30 мм, нижний экран из кадмия толщиной 1 мм, длиной 440 мм и внутренним диаметром 100 мм; длина окна между экранами 280 мм; расстояние перемещения экранов 300 мм; расчетный Δρ отрицательный и по модулю 0,2βэф (βэф=0,0064 - доля запаздывающих нейтронов). Нейтронно-физический расчет выполнен по программе MCU-RR.

Изобретение относится к ядерной технике и решает задачу испытания тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов в исследовательском ядерном реакторе при импульсном увеличении тепловой мощности, характерном для реактивностной аварии водяного энергетического реактора, и охлаждении твэлов проточным теплоносителем. Технический результат изобретения - возможность испытания твэлов на обычном исследовательском реакторе. Создают импульс мощности путем быстрого перемещения вдоль корпуса жестко связанных между собой экранов из нейтронопоглащающего материала, выдерживают в критическом положении и возвращают в первоначальное состояние. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ испытания твэлов в режиме реактивностной аварии в стационарно работающем исследовательском ядерном реакторе, заключающийся в том, что в канал реактора устанавливают испытательное устройство, включающее экраны из поглощающего материала для регулирования мощности и эффекта реактивности, подготавливают устройство к работе, выводят ядерный реактор на мощность, перемещают экраны в верхнее положение за 0,5-5 с, выдерживают в этом положении до 10 с, вводят стержни аварийной защиты реактора для снижения мощности.2. Устройство для испытания твэлов в режиме реактивностной аварии в стационарно работающем исследовательском ядерном реакторе, включающее пучок твэлов, вытеснитель воды для уменьшения поглощения тепловых нейтронов, трубу с закрепленными на ней двумя экранами из поглощающего материала, одним - для увеличения мощности твэлов за счет исходного поглощения тепловых нейтронов, другим - для компенсации эффекта реактивности, причем экраны жестко связаны между собой.