Устройство для определения выгорания топлива Советский патент 1983 года по МПК G21C17/06 

Изобретение относится к области ядерной физики и атомной энергетики, а более конкретно к устройствам для jопределения выгорания топлива, выполненным в виде тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ) с датчиком для измерения давления газообразных продук ТОО деления, по изменению которого определяют выгорание.

Известно устройство для определения выгорания, представляющее собой Т63Л, в компенсационном объеме которого установлен датчик для измерения количества продуктов деления, выполненный в виде пиролитического графита, собирающего осколки деления lj .

Недостатком известного устройства является сложность интерпретации результатов, так как имеющимися средствами достаточно сложно определить изменение размеров блока пиролитического графита.

Известно также устройство для определения выгорания топлива, содержащее ТВЭЛ, в компенсационнм объеме которого установлено устройство для определения давления газообразных продуктов деления 2 .

Недостатком известного устройства является невысокая надежность измерения выгорания, что связано с тем, что электрофизические свойства устройства для определения давления газообразных продуктов деления, выполненного в виде вольфрамовой нити, по которой пропускают импульсный ток, изменяются под действием излучения. Кроме того, существенное изменение в.показания устройства вносят колебания окружающей температуры.

Целью изобретения является повышение надежности измерений выгорания.

. Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения выгорания топлива, содержащем ТВЭЛ, в компенсационном объеме которого установлено устройство для определения давления газообразных продуктов деления, устройство для определения давления газообразных продуктов деления выполнено в виде газорегулируемой тепловой трубы, объем неконденсирующегося газа который сообщен с компенсационным объемом ТВЭЛ, изотермическая зона снабжена устройством для измерения температуры, а зона испарения снабжена нагревателем. На чертеже показано устройство для определения выгорания.

Устройство содержит ТВЭЛ с оболочкой 1, концевые 2 и дистанционирующие 3 детали., компенсационный объем , который через отверстие 5 сообщается с объемом 6 неконденсирующегося газа га орегулируемой тепловой трубы, состоящей из зоны 7 испарения, изотермической зоны 8, зоны 9 конденсации теплоносителя 10, радиатора 11 излучателя, нагревателя 12, и устройство 13 контроля (измерения) температуры. Предварительно объем тепловыделяющего элемента вакуумируется, затем заполняется неконденсирующимся инертным

5 газом, например гелием, под давлением 5-6 торр и герметизируется. Нагреватель размещен в зоне 7 испарения, а устройство контроля температур в зоне 8,

0 Устройство работает следующим образом.

До выхода реактора на мощность с помо1цью нагревателя 12 по высоте тепловой трубы выставляется изотермическая зона 8, которая контролируется с помощью устройства 13 контроля температуры, при этом давление неконденсирующегося газа (ксенона и криптона) в тепловыделяющем элементе будет соответствовать давлению теплоносителя в изотермической зоне, которое определяется по известной зависимости

А-|7

где Р - давление насыщенных паров

теплоносителя; Т - температура в изотермической зоне; А,В - постоянные коэффициенты, зависящие от вида теплоносителя.

При работе реактора по мере выгорания ядерного топлива пропорционально растет количество (давление) выдег ляемых газообразных продуктов деления (ксенона и криптона), которые, диффундируя в топливе через отверстие 5, попадают в объем 6 неконденсирующегося газа и вызывают изменение давления а объеме на величину й-Р, что соответственно приводит к изменению температуры теплоносителя в изотермической зоне на величину & Т,

Измеряя изменение температуры в изотермической зоне по градуировочной кривой зависимости температуры от давления, можно определить давление теплоносителя в изотермической зоне, которое соответствует давлению

неконденсирующегося газа в тепловыделяющем элементе, тем самым определить выгорание ядерного топлива, которое прямо пропорционально количеству выделяемых газообразных продуктов деления. Повышая температуру в зоне 7 испарения нагревателем 12, можно повысить диапазон измеряемого давления, тем самым повысить диапазон определения выгорания.

Пример. Проводился расчет эффективности изобретения для топливных элементов реакторов типа ВВЭР-440 с 3,5% обогащением по урану-235 в среднем потоке тепловых нейтронов порядка 10 нейтр. и размерами топлива и тепловой трубы d 7,7 мм; h 2500 мм; и D 7 мм; Н 2000 мм

соответственно. При расчете объем неконденсирующегося газа брали равным 100 см.

Выгорание ядерного топлива вычислялось по формуле

Z 1006, Cf-L % , где сечение деления атома урана-235, (f - поток тепловых нейтронов,

см с ,

t - время облучения, с, В результате облучения ядерного топлива выделяются газообразные продукты деления (ксенон и криптон), которые имеют различные ядерные характеристики, В таблице 1 приведены характеристики газообразных изотопов, получающихся при делении урана-235.

Таблица 1

Количество Ni -стабильных и долгожиаущих изотопов, выделившихся из

Cia . da 1 7 Rt Dt

expH Cp-lk

90Dt Т. 4 DC nTi

топлива объемом V за время облучения , вычислялось по формуле.

sl-i, exp a

где f - скорость деления урана-235; t относительный выход 1-го

изотопа на один акт деления;

D

- коэффициент диффузии осколков деления, см

- радиус сфер, из котррых

а

cnei/ено топливо, см/Зная количество выделившихся атомов газообразных продуктов деления, можно по известной зависимости Р - пКТ .

Применение изобретения позволит повысить надежность и оперативность

где п - число молекул в единице объема;

К - постоянная Больцмана; Т --температура в единицах Кельвина,

определись давление газа в тепловыделяющем элементе в любой момент измерения и соответственно определить степень выгорания.

Результаты расчета сведены в табл. 2.

Таблица 2

измерения степени выгорания ядерного топлива,.