ТРУБЧАТЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ ОБРАЗЕЦ Советский патент 1973 года по МПК G01R1/00 

1

Изобретение относится к области внутриреакторных исследований материалов, а именно к конструкциям трубчатого образца из керамического материала для измерения некоторых его характеристик непосредственно под облучением в канале высокопоточного реактора.

Известна конструкция трубчатого образца из керамического материала для измерения объемного сопротивления материала, состоящая из керамической трубки длиной 100- 300 мм и с толщиной стенки 1 -5 мм, внутреннего электрода (высоковольтного), наружного измерительного электрода и наружных охранных электродов.

Охранные электроды для исключения попадания токов утечки по поверхности образца в измерительный прибор.

Электроды выполняются из хорошо проводящего материала (металла, графита, проводящей резины и т. д.).

К наложенным на поверхности образца электродам присоединяются измерительные провода, включаемые в измерительную схему.

Такая конструкция трубчатого образца позволяет измерять лищь одну характеристику материала - удельное объемное сопротивление, а также вызывает определенные трудности в обеспечении контакта электродов с поверхностями образца при высокотемпературных испытаниях.

При измерениях объемного сопротивления цилиндрических образцов непосредственно

под облучением на внутреннем электроде из-за эффекта радиационного элемента возникает значительный отрицательный потенциал, искажающий режим работы приборов МОМ-4, Еб-3, что приводит к значительным погрешностям измерений.

Цель изобретения - создание трубчатого образца из керамического материала, позволяющего одновременно измерять в процессе облучения в канале реактора несколько характеристик - удельное объемное сопротивление, теплопроводность и механическую прочность материала, использовать эффект радиационного элемента при измерениях удельного объемного сопротивления, а также с максимальной эффективностью использовать экспериментальный объем канала реактора за счет геометрических размеров образцов.

Цель достигается тем, что на определенном участке внутренней поверхности трубки нанесено покрытие из проводящего материала и на этом же участке в трубку заплавлен металл с низкой температурой плавления, выполняющий роль радиационного нагревателя, увеличивающего перепад температуры между наружной и внутренней поверхностями трубки, и

роль электрода при измерении объемного сопротивления, причем в указанный металл введена термопара, служащая измерительной линией при измерении объемного сопротивления и механической прочности образца, а на наружной поверхности образца нанесено проводящее покрытие из материала с большим выходом р-частид (электронов) при поглощении тепловых нейтронов, позволяющее исключить из измерительной схемы внешний источник питания.

Для исключения охранных электродов и удаления места стыка измерительной линии от области с высокой интенсивностью ионизирующих излучений длина герметизированного с одной стороны образца взята в 2-2,5 раза большей высоты активной зоны реактора, наружный диаметр не превышает 10 мм, длина измерительного участка составляет 5-10% от общей длины образца, а в измерительной линии предусмотрено перекрытие путей утечки по ионизованному газу.

В результате применения описываемого измерительного образца сокращается количество экспериментальных устройств, снижается реакторное время и стоимость облучательного эксперимента.

На фиг. 1 изображен предлагаемый трубчатый измерительный керамический образец; на фиг. 2 приведена эквивалентная электрическая схема образца с измерительной линией; на фиг. 3 - эквивалентная схема образца с включенным шунтом и измерительными приборами.

Образец состоит из керамической трубки 1, на наружной и внутренней поверхностях которой нанесены металлические покрытия 2 иЗ, герметизирующей пробки 4, радиационного нагревателя 5 с термопарой 6, дополнительных керамических трубок 7, перекрывающих руг друга и герметизированных в местах стыков 8, микротермопары 9 с креплением 10.

Керамическую трубку / изготавливают линой в 2-2,5 раза большей высоты активной зоны, наружным диаметром 8-10 мм и внутренним диаметром 4-5 мм.

На наружную поверхность образца наносят покрытие 2- из серебра методом вжигания серебряной пасты. Высота покрытия - 50 мм (5-10% от общей длины трубки). Серебро вляется наиболее подходящим для наружного покрытия, так как имеет большое сечение взаимодействия с тепловыми нейтронами с оследующим р-распадом (электронным), маый период полураспада и высокую проводимость.

Внутреннее покрытие 3 может быть выполнено из любого проводящего материала, одако по техническим соображениям его прое делать из серебра. Покрытие 3 служит для беспечения хорощего теплового и электричекого контакта внутреннего электрода (радиционного нагревателя) 5 с поверхностью кеамики в тот период, когдарадиационный нареватель еще не расплавился.

Высота герметизирующей пробки 4 равна 100-150 лш.

В готовую трубку / заплавляют любой ле1коплавкий (с температурой плавления до 300°С) металл или сплав на высоту, несколько меньшую высоты внутреннего покрытия 3. В металлический керн 5, выполняющий роль радиационного нагревателя, вплавляют термопару 6, которая служит измерительной линией при измерении объемного сопротивления керамики.

Для исключения токов утечки по ионизованному газу применяют дополнительные керамические трубки или двухканальные керамические, соломки 7, вставленные одна в другую с перекрытием 300-400 мм. Герметизацию мест стыков 8 производят алюмофосфатом или эпоксидной смолой.

На достаточном удалении от активной зоны

реактора возможен переход на любую электрическую изоляцию термопары с возможно более высоким уровнем сопротивления изоляции. Поверхностные токи утечки исключаются большой длиной пути утечки, что позволяет

отказаться от применения охранных электродов.

Для измерения температуры наружной поверхности образца используют микротермопару 9, спай которой крепят к покрытию 2 методом искровой сварки с последующим укреплением его алюминиевой фольгой 10 толщиной 0,2-0,3 мм. Наружное покрытие 2 надежно контактирует с заземленной дистанционирующей звездочкой 11.

В описываемой конструкции образца при измерении объемного сопротивления реализуется метод, использующий накопление заряда на изолированном диэлектриком 1 внутреннем электроде 5.

Электроны, выбитые гамма-квантами из конструктивных элементов образца (покрытий 2; 3, внутреннего электрода 5, материала трубки 7), а также возникшие в результате распада активированных ядер серебра внутреннего

5 и наружного 2 покрытий, из-за разности в площадях внутренней и наружной поверхности образца накапливаются на внутреннем изолированном от «земли электроде 5. Основным источником электронов является серебро, нанесенное на поверхности образца, причем количество электронов, попадающих с внешнего покрытия 2 на внутренний электрод 5, значительно больше количества электронов, попадающих с внутреннего покрытия 3 на анешнее 2.

Из-за малости периода полураспада серебра (-2,3 мм поток (3-частиц (электронов) со временем задержки 12 мин (пять периодов полураспада) будет прямо пропорциональным мощности реактора. Это позволяет использовать в дальнейших расчетах равновесные (установившиеся) величины тока р-частиц (электронов). Попадание электррнов на внутренний изолированный электрод приводит к возникновению

на нем потенциала, величина которого определяется эквивалентной электрической емкостью и сопротивлением утечки системы образец - линия.

По величине потенциала электрода 5 относительно «земли, измеренной прибором с большим входным сопротивлением (электростатическим вольтметром) и величине тока от источника тока, измеренной прибором с малым входным сопротивлением (гальванометром) или микроамперметром, находится суммарное сопротивление изоляции системы.

Учитывая, что сопротивление изоляции линии Кц всегда больше объемного сопротивления RO (измерительная часть образца находится в зоне с высокой интенсивностью ионизирующих излучений и при высокой температуре) , исключение неизвестной величины сопротивления изоляции линии можно производить методом шунтирования, т. е. включением между измерительной линией и «землей калиброванных сопротивлений, заведомо меньших сопротивления изоляции линии.

По величине объемного сопротивления Ro измерительного участка трубчатого образца легко находится значение удельного объемного сопротивления по известным соотношениям для цилиндрического образца.

Теплопроводнсть керамического материала определяется по перепаду температуры на стенке образца при помоши внутренней 6 и наружной 9 термопар.

Тепловой поток, направленный от радиационного нагревателя 5 к наружной поверхности образца, а также тепловыделения в стенке образца создают значительный перепад температуры, зависящий от величины теплопроводности керамического материала и удельного объемного энерговыделения от поглощенной энергии реакторного излучения.

Учитывая высокую теплопроводность металла радиационного нагревателя (она значительно больше тенлопроводности керамики) и незначительность его диаметра (4-5 мм), можно пренебречь перепадом температуры в течении радиационного нагревателя 5 и считать, что температура, измеряемая внутренней

термопарой 6, равна температуре внутренней стенки трубки 1.

Напряжения, возникающие в материале стенки образца при наличии значительного перепада температуры на ней, могут вызвать разрушение образца в случае ухудшения механических свойств его в процессе облучения. Момент разрушения образца легко определяется по резкому возрастанию тока, измеряемого гальванометром, так как в этом случае в материале керамики появляются трещины, резко снижающие сопротивление измерительного участка из-за проводимости по ионизованному газу.

Предмет изобретения

1.Трубчатый измерительный керамический образец для измерения характеристик материала образца под облучением, содержащий цилиндрическую трубку с нанесенными на нее проводящими покрытиями, отличающийся тем, что, с целью одновременного измерения

на одном образце удельного объемного сопротивления, теплопроводности и механической прочности и использования эффектов, возникающих при испытании образца в реакторе, проводящие покрытия, нанесенные на определенном участке внутренней и наружной поверхностей трубки, выполнены из материала с большим сечением (п, р) реакции и на этом же участке в трубку заплавлен металл с низкой температурой плавления, выполняющий

роль радиационного нагревателя и электрода, с введенной в него термопарой, выполняющей роль измерителя температуры внутренней поверхности образца.

2.Образец по п. 1, отличающийся тем, что длина герметизированного с одной стороны

образца взята больше высоты активной зоны реактора в 2-2,5 раза, наружный диаметр не превышает 10 мм, длина участка с проводящим покрытием составляет 5-10% от общей длины образца, и в измерительной линии предусмотрено перекрытие путей утечки по ионизованному газу.