СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТРУБЧАТЫХ ОБРАЗЦОВ НА ДЛИТЕЛЬНУЮ ПРОЧНОСТЬ В НЕИНСТРУМЕНТОВАННОМ КАНАЛЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2012 года по МПК G21C17/06 

Изобретение относится к области исследования прочностных характеристик материалов и может быть использовано при испытании оболочек твэлов ядерных реакторов.

Известен способ испытания на длительную прочность конструкционных материалов в канале ядерного реактора, заключающийся в том, что исследуемый образец, выполненный в виде тонкостенной трубки, заполняют газом под давлением, облучают, а после облучения определяют его целостность и измеряют диаметр (Gilbert E.R., Bates I.К. Dependence of irradiation creep on temperature and atom displacements in 20% cool worked - type 316 stainless steel. I. Nukl. Mater., 1977, vol.65, p.204-209).

Недостатками известного способа являются относительно низкая точность измерения времени до разрушения трубчатого образца, определяемая длительностью цикла облучения.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ испытания трубчатых образцов на длительную прочность, заключающийся в том, что трубчатый образец заполняют газом под давлением, помещают в герметичную ампулу, которую облучают в активной зоне ядерного реактора, а разрушение трубчатого образца фиксируют в момент повышения давления в ампуле (Цыканов В.А., Самсонов Б.В. Техника облучения материалов в реакторах с высоким нейтронным потоком. М.: Атомиздат, 1973. - С.139).

Недостатком известного способа являются относительно низкая точность определения момента разрушения трубчатых образцов, длительность процесса их облучения в ядерном реакторе и необходимость использования сложных коммуникаций при измерении давления и температуры в нем, обусловленная сложностью доступа к трубчатому образцу в ядерном реакторе.

Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности определения времени до момента разрушения трубчатого образца, сокращение времени его облучения в ядерном реакторе и упрощение процедуры измерения давления и температуры).

Для исключения указанных недостатков в способе испытания трубчатых образцов на длительную прочность в неинструментованном канале ядерного реактора, включающем размещение трубчатых образцов в ампулу, герметизацию ампулы и облучение ампулы с трубчатыми образцами в неинструментованном канале ядерного реактора, предлагается:

- сначала, по меньшей мере, один контрольный трубчатый образец, нагруженный давлением инертного газа, поместить в нагревательную печь, выдержать его при заданной температуре в нагревательной печи до его разрушения и измерить время до момента его разрушения;

- в ампулу одновременно поместить, по меньшей мере, по одному трубчатому образцу первого и второго типов, соответственно, нагруженному и ненагруженному давлением инертного газа;

- герметичную ампулу с трубчатыми образцами первого и второго типов облучать в неинструментованном канале ядерного реактора в течение времени микрокампании, которое меньше времени до момента разрушения трубчатого образца в нагревательной печи;

- ампулу с обоими типами трубчатых образцов после облучения извлечь из неинструментованного канала ядерного реактора;

- вскрыть ампулу и облученные трубчатые образцы извлечь из нее, поместить в нагревательную печь, испытывать до разрушения при тождественных реакторным давлениях и температурах;

- измерить время до момента разрушения облученных трубчатых образцов первого и второго типов в нагревательной печи;

- определять время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре по соотношению, учитывающему время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре, время облучения трубчатого образца в неинструментованном канале ядерного реактора, время до момента разрушения облученного трубчатого образца второго типа в нагревательной печи при тождественных реакторным давлении и температуре и время до момента разрушения облученного трубчатого образца первого типа в нагревательной печи при тождественных реакторным давлении и температуре.

В частном случае реализации способа предлагается облученные трубчатые образцы, нагруженные давлением инертного газа и извлеченные из неинструментованного канала ядерного реактора, проверить на герметичность.

При осуществлении способа испытания трубчатых образцов на длительную прочность в неинструментованном канале ядерного реактора выполняют следующие операции.

По меньшей мере, один контрольный трубчатый образец, нагруженный давлением инертного газа, помещают в нагревательную печь, выдерживают его при заданной температуре в нагревательной печи до его разрушения и измеряют время до момента его разрушения. Это позволяет оценить предельное время до разрушения трубчатого образца, облучаемого в ядерном реакторе.

В ампулу одновременно помещают, по меньшей мере, по одному трубчатому образцу первого и второго типов, соответственно нагруженному и ненагруженному давлением инертного газа.

Ампулу с образцами первого и второго типа герметизируют.

Ампулу с трубчатыми образцами первого и второго типов облучают в неинструментованном канале ядерного реактора в течение времени микрокампании, которое меньше времени до момента разрушения трубчатого образца в нагревательной печи.

Ампулу с обоими типами трубчатых образцов после облучения извлекают из неинструментованного канала ядерного реактора.

Вскрывают ампулу и облученные трубчатые образцы извлекают из нее, помещают в нагревательную печь, испытывают до разрушения при тождественных реакторным давлениях и температурах, измеряют время до момента разрушения трубчатых образцов первого и второго типов в нагревательной печи.

Определяют время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре по соотношению:

где

- время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре, ч;

- время облучения трубчатого образца в неинструментованном канале ядерного реактора, ч;

τ_р - время до момента разрушения трубчатого образца второго типа в нагревательной печи при тождественных реакторным давлении и температуре, ч;

τ₁ - время до момента разрушения облученного трубчатого образца первого типа в нагревательной печи при тождественных реакторным давлении и температуре, ч.

Время до момента разрушения в условиях реакторного облучения трубчатых образцов определяется на основе использования закона о линейном суммировании повреждаемости, рассмотренном в книге [Лихачев Ю.И., Пупко В.Я. Прочность тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. М.: Атомиздат, 1975. Методы расчета на прочность тепловыделяющих элементов ядерных реакторов». Москва, Энергоатомиздат, 1982].

В частном случае реализации способа облученные трубчатые образцы, нагруженные давлением инертного газа и извлеченные из неинструментованного канала ядерного реактора, проверяют на герметичность. Данная процедура позволяет исключить ошибку по определению времени до момента разрушения трубчатого образца, связанную с возможным неконтролируемым разрушением трубчатого образца первого типа в процессе облучения в ядерном реакторе.

Пример конкретного выполнения способа.

Способ испытания трубчатых образцов на длительную прочность в неинструментованном канале ядерного реактора включает следующие операции.

Трубчатые образцы выполнены из стали ЭП-823, имеют наружный диаметр 9 мм, толщину стенки - 0,5 мм и длину 150 мм.

Контрольный трубчатый образец, нагруженный давлением инертного газа, равным 7,8 МПа, помещают в нагревательную печь, выдерживают его в нагревательной печи при температуре 650°С до его разрушения и измеряют время до момента его разрушения. В данном случае измеренное время равно 2000 ч.

В ампулу одновременно помещают по одному трубчатому образцу первого и второго типов.

В трубчатом образце первого типа давление инертного газа равно 7,8 МПа, а трубчатый образец второго типа не нагружен давлением инертного газа.

Ампулу с трубчатыми образцами первого и второго типов облучают в неинструментованном канале ядерного реактора в течение 1200 ч, что соответствует продолжительности микрокампании в ядерном реакторе с быстрым спектром нейтронов.

Ампулу с обоими типами облученных трубчатых образцов извлекают из неинструментованного канала ядерного реактора.

Облученные трубчатые образцы первого и второго типов извлекают из ампулы, помещают в нагревательную печь, испытывают до разрушения при давлении 7,8 МПа и температуре 650°С и измеряют время до момента разрушения трубчатых образцов первого и второго типов в нагревательной печи. Установлено, что для трубчатого образца первого типа τ₁=500 ч, а для трубчатого образца второго типа - τ_р=2000 ч.

В результате подстановки полученных ранее значений времени в соотношение (1) получили, что время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре составляет 1600 ч.

Проверка показала герметичность нагруженных инертным газом и извлеченных из ядерного реактора трубчатых образцов.

Технический результат предложенного решения состоит в повышении точности определения прочностных характеристик материалов и снижении себестоимости, и упрощении процедуры проведения их испытания.

Изобретение относится к области исследования прочностных характеристик материалов. Способ испытания трубчатых образцов на длительную прочность в неинструментованном канале ядерного реактора включает следующие операции. В нагревательную печь помещают, по меньшей мере, один контрольный трубчатый образец, нагруженный давлением инертного газа, выдерживают его при заданной температуре в нагревательной печи до его разрушения и измеряют время до момента его разрушения. В ампулу одновременно помещают по одному трубчатому образцу, соответственно нагруженному и ненагруженному давлением инертного газа. Герметичную ампулу с обоими типами трубчатых образцов облучают в канале ядерного реактора. Облученные трубчатые образцы помещают в нагревательную печь и испытывают их до разрушения при тождественных реакторным давлениях и температурах. Измеряют время до момента разрушения трубчатых образцов первого и второго типов в нагревательной печи. Время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре определяют по соотношению, учитывающему измеренные в процессе осуществления способа времена. Изобретение позволяет повысить точность определения прочностных характеристик материалов. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ испытания трубчатых образцов на длительную прочность в неинструментованном канале ядерного реактора, включающий помещение трубчатых образцов в ампулу, герметизацию ампулы и облучение ампулы с трубчатыми образцами в неинструментованном канале ядерного реактора, отличающийся тем, что сначала, по меньшей мере, один контрольный трубчатый образец, нагруженный давлением инертного газа, помещают в нагревательную печь, выдерживают его при заданной температуре в нагревательной печи до его разрушения и измеряют время до момента его разрушения, затем в ампулу одновременно помещают, по меньшей мере, по одному трубчатому образцу первого и второго типов, соответственно нагруженному и ненагруженному давлением инертного газа, герметичную ампулу с трубчатыми образцами первого и второго типов облучают в неинструментованном канале ядерного реактора в течение времени микрокампании, которое меньше времени до момента разрушения образцового трубчатого образца в нагревательной печи, ампулу с обоими типами трубчатых образцов после облучения извлекают из неинструментованного канала ядерного реактора, вскрывают ампулу и облученные трубчатые образцы извлекают из нее, помещают в нагревательную печь, испытывают до разрушения при тождественных реакторным давлениях и температурах, измеряют время до момента разрушения облученных трубчатых образцов первого и второго типов в нагревательной печи и определяют время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре по соотношению

где - время до момента разрушения трубчатого образца в условиях реакторного облучения при заданных давлении и температуре, ч;
- время облучения трубчатого образца в неинструментованном канале ядерного реактора, ч;
τ_р - время до момента разрушения облученного трубчатого образца второго типа в нагревательной печи при тождественных реакторным давлении и температуре, ч;
τ₁ - время до момента разрушения облученного трубчатого образца первого типа в нагревательной печи при тождественных реакторным давлении и температуре, ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облученные трубчатые образцы, нагруженные давлением инертного газа и извлеченные из неинструментованного канала ядерного реактора, проверяют на герметичность.