Тепловыделяющая сборка исследовательской реакторной установки

Заявляемое решение относится к ядерной технике и может быть использовано в составе активной зоны реакторной установки (РУ), как тепловыделяющая сборка (ТВС) и как устройство для облучения образцов. Заявляемая полезная модель позволяет проводить контролируемые исследования образцов, в т.ч. крупных образцов конструкционных материалов, при улучшении параметров облучения. Тепловыделяющая сборка исследовательской реакторной установки, содержит головку, оболочку, тепловыделяющие элементы, закрепленные в обоймах, хвостовик. Вместо части тепловыделяющих элементов установлен вытеснитель с внутренним сквозным каналом, при этом вытеснитель и оболочка выполнены из сплава на основе циркония. Вытеснитель выполнен в виде призмы с многогранным сечением и при квадратном сечении ТВС установлен в одном из ее углов. Для увеличения скорости накопления повреждающей дозы на образцах в канале и увеличения выгорания топлива загрузка урана-235 в тепловыделяющих элементах увеличена. Внутренний размер канала выбирается исходя из условий возможности загрузки в канал и выгрузки из него образцов максимального размера, минимального значения толщины стенки вытеснителя, обеспечивающего его работоспособность при наличии термических напряжений, и сохранении допустимого распределения энерговыделения. 4 з.п. ф-лы, 2 илл.

Заявляемое решение относится к ядерной технике и может быть использовано в составе активной зоны реакторной установки (РУ), как тепловыделяющая сборка (ТВС) и как устройство для облучения образцов.

Известна тепловыделяющая сборка (Малков А.П. «Обеспечение ядерной безопасности исследовательского реактора СМ при подготовке и проведения экспериментов». Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Нижний Новгород, НГТУ, 2003 г.) с 4-мя каналами 11,9 мм, используемыми для накопления радионуклидов и облучения образцов конструкционных материалов.

Тепловыделяющая сборка содержит головку, квадратную оболочку из стали 12Х18Н10Т размером 69×0,5 мм с размещенными в ней 160 тепловыделяющими элементами (твэлами), сцентрированными и закрепленными в специальных обоймах, четыре закладные трубки 12,5×0,3 мм из стали 12Х18Н10Т, образующие каналы, и хвостовика.

ТВС - прототип имеет следующие недостатки:

- ограничение размера исследуемых образцов (max 11.9 мм);

- невозможность размещения в каналах из-за их малого размера устройства с выводом информации;

- наличие оболочки из стали 12Х18Н10Т, имеющей значительное поглощение нейтронов;

Применение указанной ТВС ориентировано на оптимизацию накопления трансурановых элементов, но ограничивает возможности облучения крупных образцов конструкционных материалов, диаметр которых превышает 11,9 мм, с целью их исследования при контролируемых параметрах.

Применяемые в конструкции ТВС материалы не оптимальны из-за паразитного поглощения нейтронов в оболочке.

Указанные недостатки устраняются в заявляемой тепловыделяющей сборке исследовательской реакторной установки, которая содержит головку, оболочку, тепловыделяющие элементы, закрепленные в обоймах, хвостовик, причем вместо части тепловыделяющих элементов установлен вытеснитель с внутренним сквозным каналом, при этом вытеснитель и оболочка выполнены из сплава на основе циркония.

При квадратном сечении тепловыделяющей сборки вытеснитель установлен в одном из ее углов.

Вытеснитель выполнен в виде призмы с многогранным сечением.

Для увеличения скорости накопления повреждающей дозы на образцах в канале и увеличения выгорания топлива загрузка урана-235 в тепловыделяющих элементах увеличена.

Внутренний размер канала выбирается исходя из условий возможности загрузки в канал и выгрузки из него образцов максимального размера, минимального значения толщины стенки вытеснителя, обеспечивающего его работоспособность при наличии термических напряжений, и сохранении допустимого распределения энерговыделения.

Увеличение диаметра канала вытеснителя дает возможность разместить устройство для облучения значительно более крупных образцов по сравнению с прототипом, обеспечить нужные параметры испытаний и вывод необходимой информации.

Повышение загрузки U-235 в твэлах преимущественно с 5 г до 6 г обеспечивает повышение жесткости спектра нейтронов в канале вытеснителя и, следовательно, увеличивает скорость накопления повреждающей дозы.

Вытеснитель вытесняет воду, что увеличивает плотность потока быстрых нейтронов, а выполнение вытеснителя и оболочки из сплава на основе циркония снижает паразитное поглощение тепловых нейтронов и тем самым способствует увеличению запаса реактивности РУ.

На чертеже фиг.1 изображен общий вид ТВС, на чертеже фиг.2 изображен разрез «Б-Б», где:

1 - головка ТВС;

2 - вытеснитель;

3 - канал вытеснителя;

4 - тепловыделяющие элементы;

5 - обоймы;

6 - оболочка;

7 - хвостовик.

Тепловыделяющая сборка исследовательской реакторной установки содержит головку (1), оболочку (6), тепловыделяющие элементы (4), закрепленные в обоймах (5), хвостовик (7). Вместо части тепловыделяющих элементов установлен вытеснитель (2) с внутренним сквозным каналом (3). В данном примере в ТВС, первоначально содержащей 188 твэлов, вытеснитель (2) установлен вместо 30 твэлов.

Вытеснитель (2) и оболочка (6) выполнены из сплава на основе циркония Э110, что позволяет снизить поглощение нейтронов по сравнению с прототипом.

При квадратном сечении тепловыделяющей сборки вытеснитель(2) установлен в одном из ее углов и выполнен в виде призмы с многогранным сечением.

Для увеличения скорости поврежденной дозы на образцах в канале (3) и увеличения выгорания топлива загрузка урана-235 в тепловыделяющих элементах (4) увеличена с 5 г до 6 г.

Внутренний диаметр канала (3) вытеснителя (2) 24,5 мм выбран исходя из условий возможности загрузки в канал (3) и выгрузки из него образцов максимального размера. Минимальная толщина стенки вытеснителя (2) 0,5 мм обеспечивает его работоспособность при наличии термических напряжений, и сохранении допустимого распределения энерговыделения.

Работа заявляемой ТВС осуществляется следующим образом:

ТВС устанавливается в активную зону реакторной установки (РУ). В канал (3) вытеснителя (2) устанавливаются ампулы или устройства канального типа с исследуемыми образцами. Реактор выводится на номинальную мощность и производится облучение образцов (при необходимости с измерением рабочих параметров). При достижении необходимого времени облучения образцов РУ останавливается и производится выгрузка ампул и устройств. При достижении заданного выгорания топлива в твэлах (4) ТВС производится ее выгрузка в бассейн выдержки.

Таким образом, заявляемое решение позволяет проводить контролируемые исследования образцов, в т.ч. более крупных по сравнению с прототипом образцов конструкционных материалов, при улучшении параметров облучения.

1. Тепловыделяющая сборка исследовательской реакторной установки, содержащая головку, оболочку, тепловыделяющие элементы, закрепленные в обоймах, хвостовик, отличающаяся тем, что вместо части тепловыделяющих элементов установлен вытеснитель с внутренним сквозным каналом, при этом вытеснитель и оболочка выполнены из сплава на основе циркония.

2. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что при квадратном ее сечении вытеснитель установлен в одном из углов.

3. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что вытеснитель выполнен в виде призмы с многогранным сечением.

4. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что для увеличения скорости накопления повреждающей дозы на образцах в канале и увеличения выгорания топлива загрузка урана-235 в тепловыделяющих элементах увеличена.

5. Тепловыделяющая сборка по п.1, отличающаяся тем, что внутренний размер канала выбирается исходя из условий возможности загрузки в канал и выгрузки из него образцов максимального размера, минимального значения толщины стенки вытеснителя, обеспечивающего его работоспособность при наличии термических напряжений, и сохранении допустимого распределения энерговыделения.