Математика Электротехника Электроника Альтернативная энергетика Электрические сети энергосистем России Развитие атомной энергетики России

В дальнейшем, при расчете коэффициентов теплоотдачи в 19-ти элементной ТВС в подобных условиях испытаний рекомендуется введение уточняющего коэффициента Кa=aэксп/aрасч (рисунок 16), учитывающего особенности конструкции ЭТВС и теплообмена в переходной области.


Используя зависимости изменения во времени основных параметров, полученные в результате реакторных испытаний, выполнен расчет температуры поверхности топливного сердечника при наличии локального вздутия оболочки. Расположение топливного сердечника с эксцентриситетом по отношению к оболочке после разгерметизации приводит к появлению неравномерности температуры по его периметру и некоторому повышению температуры в области разгерметизации. По результатам расчета при наличии эксцентриситета e=0,5 (среднее значение, определенное по фотографиям шлифов поперечных сечений) между топливом и оболочкой неравномерность температуры по периметру наружной поверхности топливного сердечника составляет  60…70оС. Тепловой реактор с внутренней безопасностью Наилучший ядерный цикл осуществляется в реакторах на быстрых нейтронах. Обращение к тепловым реакторам оправдано их хорошей освоенностью. Из всех известных тепловых реакторов лучшим нейтронным балансом обладает тяжеловодный (D2O) реактор типа канадского «Саndu», использующий в качестве топлива природный (необогащенный) уран

Важным результатом эксперимента  является измеренное повышенное окисление внутренней поверхности оболочки, которая находилась при значительно меньшем времени контакта с перегретым паром, чем наружная поверхность.

Результаты расчета температуры оболочки в месте наибольшей толщины окисной пленки показали, что тепло, выделяющееся в экзотермической реакции окисления, приводит к повышению температуры, что может быть одной из причин повышенного окисления. В результате расчета получено значение температуры оболочки в месте максимальной толщины пленки 991оС. 

Для определения массы прореагировавшего циркония в программном комплексе ТРАП используется эмпирическая формула:

;

где Dm – количество прореагировавшего циркония, мгZr/см2;

 t - время, с;

 Т – температура, о К;

 R – газовая постоянная R=8,314Дж/(моль·К);

  А и В – коэффициенты.

Применение предложенных в литературе значений коэффициентов А и В приводит к занижению толщины окисной пленки по сравнению с измеренной. По-видимому, при их определении не учитывалось влияние на скорость образования пленки факторов реакторного облучения. Итерационные расчеты, выполненные с использованием полученных материаловедческих данных, позволили вычислить и рекомендовать новые значения коэффициентов: А = 6×107; В = 2×105.

Представленные результаты обработки экспериментальных данных позволяют получать в предтестовых расчетах при планировании и подготовке интегральных реакторных экспериментов по программе «Большая течь» реалистичные параметры испытания фрагментов ТВС ВВЭР.


Расчетно-экспериментальный анализ условий облучения и разработка процедуры определения флюенса быстрых нейтронов

для образцов-свидетелей корпусов реакторов ВВЭР-440

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и решаемые задачи, научная новизна и практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние проблемы определения флюенса быстрых нейтронов на ОС.

В начале раздела рассматриваются особенности конструкции реакторной установки (РУ) ВВЭР-440. Проведен анализ программы ОС реакторов ВВЭР-440, выделены основные недостатки штатного нейтронно-дозиметрического сопровождения ОС. Показано, что применение только штатных нейтронно-активационных детекторов (НАД) не позволяет определить флюенс нейтронов на каждом образце.

 Представлен обзор основных расчетных и экспериментальных подходов используемых при определении флюенса нейтронов на ОС. Рассмотрено применение метода нейтронно-активационного анализа для решения задач внутриреакторной дозиметрии. Приведены наиболее распространенные методы измерения удельных активностей нейтронно-активационных детекторов. Также в разделе рассматриваются основные методы расчета транспорта нейтронов для оценки нейтронных полей в реакторах ВВЭР и наиболее распространенные программные пакеты, применяемые для этих целей.

 Проведен анализ нейтронно-дозиметрических исследований ОС КР ВВЭР-440, выполнявшихся в России и за рубежом. Показаны основные достоинства и недостатки процедуры определения флюенса быстрых нейтронов на ОС ВВЭР-440, применявшейся при исследовании ОС Российских и Украинских АЭС. Показано, что недостатки, а также изменения, которые с течением времени претерпевала процедура определения флюенса нейтронов на ОС реакторов ВВЭР-440, не позволяют рассматривать результаты испытаний ОС как согласованный массив данных.

 Процедуры определения флюенса быстрых нейтронов на ОС ВВЭР-440, используемые в других странах опираются на использование расширенных наборов НАД, которыми были оснащены ОС при проведении модернизации штатных программ ОС и результаты расширенных дозиметрических экспериментов, выполненных в каналах ОС ВВЭР-440.

Программа ОС Российских и Украинских реакторов ВВЭР-440 подобной модернизации не подвергалась, и расширенных экспериментальных исследований параметров нейтронных полей в каналах ОС ВВЭР-440 также не выполнялось, при этом в литературе результаты исследований, проведенных за рубежом, представлены в недостаточно полном для использования объеме и зачастую расходятся друг с другом.

Обоснование безопасной эксплуатации КР выполняется на основе моделей радиационного охрупчивания материалов КР ВВЭР-440, которые, в свою очередь, опираются на результаты исследований ОС. Это приводит к необходимости проведения расширенных расчетно-экспериментальных исследований условий облучения ОС КР ВВЭР-440, разработки единого расчетно-экспериментального подхода к определению флюенса нейтронов, который должен учитывать особенности штатной программы ОС и имеющиеся экспериментальные данные по исследованию выгруженных ранее образцов, а также к необходимости выполнения переоценки флюенса нейтронов на всех выгруженных и исследованных комплектах ОС ВВЭР-440 и исследовательских программ.

Вторая глава посвящена разработке методики переоценки флюенса быстрых нейтронов на ОС ВВЭР-440.

Основные требования к методике определения флюенса нейтронов на ОС ВВЭР-440 сформулированы следующим образом:

- Методика должна учитывать особенности нейтронно-дозиметрического сопровождения штатной программы ОС в т.ч. то, что основным источником экспериментальных данных являются  результаты измерения удельной активности 54Mn в материале образцов;

- При определении флюенса нейтронов должна учитываться сложная история облучения образцов, в т.ч. изменение схемы загрузки активной зоны реактора в процессе облучения; возможное перемещение гирлянд с образцами в другой реактор; изменение спектра нейтронов в процессе облучения; изменение геометрии гирлянд с образцами в процессе облучения.

Требования, связанные с возможным изменением геометрии гирлянды при облучении и перестановкой образцов в каналы другого реактора, относятся в первую очередь к исследовательским программам.

В соответствии со сформулированными требованиями была разработана процедура, в основе которой лежат результаты измерения активности 54Mn каждого ОС и результаты нейтронного расчета, проводимого индивидуально для каждой кампании, в течение которой облучались исследуемые образцы.

Расчетное значение плотности потока нейтронов с энергией E>3,0 МэВ, усредненное по топливным циклам, в течение которых проводилось облучение, для каждого образца, облучавшегося в канале ОС, может быть получено по формуле:

  (1)

где:

hi – аксиальная координата ОС в канале, в котором образец облучался в течение i-го топливного цикла;

  – расчетное значение плотности потока нейтронов, воздействовавших на образец в течение i-го топливного цикла, см-2с-1;

  – продолжительность i-ого топливного цикла, эфф. суток.

Тогда относительная плотность потока нейтронов (hi), нормированная на , для каждого топливного цикла i, в течение которого облучался образец, находится по соотношению:

  (2)

Расчетно-экспериментальное значение плотности потока нейтронов с энергией E>3,0 МэВ, усредненное по всему периоду облучения образца, рассчитывается по формуле

 (3)

где:

  – измеренная удельная активность изотопа 54Mn в образце на момент конца облучения, Бк/ядро;

σ>3.0 – интегральное сечение реакции 54Fe(n,p)54Mn;

Ki – фактор, учитывающий историю облучения в топливном цикле i:

  (4)

Pk – тепловая мощность реактора в интервале времени k топливного цикла i;

Δtk длительность интервала времени k топливного цикла i;

tk – окончание интервала времени k топливного цикла i;

teoi –окончание облучения;

λ – постоянная распада изотопа 54Mn;

Расчетно-экспериментальные значения  плотности потока нейтронов с энергией E>3.0 МэВ, воздействовавших в i –том топливном цикле на образец, можно теперь получить в виде:

.  (5)

Таким образом, значение флюенса нейтронов с энергией E>0,5 MeV Φ>0.5 для образцов, облучавшихся в течение M топливных циклов, равно

  (6)

где SI0,5/3.0(hi )- спектральный индекс в канале ОС в положении h в топливном цикле i.

Значение спектрального индекса SI0.5/3.0, используемое в процедуре переоценки флюенса, является расчетным, и при его получении необходим подробный учет геометрии внутрикорпусных устройств реактора, канала ОС и контейнеров с образцами.

Таким образом, можно выделить следующие основные этапы процедуры переоценки флюенса на ОС реактора ВВЭР-440:

1) Измерение относительной активности изотопа 54Mn в области надреза каждого образца. Отбор проб металла от нескольких образцов, измерение их активности и определение абсолютных значений активности 54Mn – в образцах.

2) Проведение нейтронных расчетов для каждого топливного цикла, в течение которого облучались образцы. В результате расчета для каждого контейнера с образцами, в зависимости от его положения в канале, получаются значения величин, , .

3) Определение расчетно-экспериментальных значений плотностей потока и флюенса нейтронов, воздействовавших на каждый образец, по соотношениям (1-6).

Очевидно, что приведенные выше рассуждения могут быть применены для определения флюенса нейтронов на ОС, облучавшихся в каналах ВВЭР‑440, не только по активности 54Mn, но и по другим дозиметрическим реакциям на быстрых нейтронах, в зависимости от имеющихся экспериментальных данных. При этом одной из задач, необходимых для внедрения предложенного подхода при определении флюенса быстрых нейтронов на ОС ВВЭР-440, является корректный расчет параметров нейтронного поля в каналах ОС.


На главную