авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Исследование в реакторе мир.м1 поведения твэлов ввэр с глубоким выгоранием топлива при скачкообразном и циклическом изменении мощности

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Бурукин Андрей Валентинович

Исследование в реакторе МИР.М1 поведения твэлов ВВЭР

с глубоким выгоранием топлива при скачкообразном и циклическом изменении мощности

Специальность 05.14.03

«Ядерные энергетические установки, включая проектирование,

эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Димитровград 2010

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов»

Научный руководитель: доктор технических наук

Калыгин В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Иванов В.Б.

кандидат технических наук

Шидловский В.В.

Ведущая организация: ОАО «ВНИИНМ» им. А.А.Бочвара

Защита состоится «__» ____________ 2011г. на заседании диссертационного совета

Д 520.009.06 при Российском Национальном Центре «Курчатовский институт»,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Национального Центра «Курчатовский институт».

Автореферат разослан «__» _______________2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Мадеев В.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В числе главных задач «Стратегии развития атомной энергетики России в первой половине ХХI века» определены поддержание безопасного и эффективного функционирования действующих АЭС, а также разработка и внедрение энергоблоков нового поколения с большей установленной мощностью и расширение на их основе экспортных возможностей. Для реализации данных положений в отраслевой программе «Эффективное топливоиспользование на АЭС на период 2002–2005 годов и на перспективу до 2010 года» предусмотрены, в частности, разработка усовершенствованного ядерного топлива для проекта АЭС-2006; применение маневренных режимов на АЭС; разработка новых материалов, технологий их изготовления, топлива и топливных циклов для вновь проектируемых АЭС. С целью обоснования принимаемых конструктивных и технологических решений, а также получения систематизированных экспериментальных данных о поведении твэлов в различных условиях эксплуатации необходимо выполнение комплекса НИОКР, включающих проведение реакторных испытаний твэлов в широком диапазоне выгорания топлива.

Решение проблемы предотвращения разрушения твэлов в переходных режимах, связанных с изменением мощности, и, следовательно, техническое обоснование их работоспособности в подобных условиях эксплуатации рассматриваются в тесной связи с проблемой достижения в энергетических реакторах высокого выгорания топлива, что приводит к необходимости комплексного исследования критических характеристик твэлов (предельно допустимых значений ЛМ и скорости ее изменения в зависимости от выгорания топлива) и на этой основе - экспериментальной отработки конструкции твэла.

Информации для научно-обоснованного прогноза поведения твэлов ВВЭР при глубоком выгорании топлива (более ~ 50 МВт·сут/кгU) особенно в переходных режимах, связанных с изменением мощности, в отличие от их свойств, хорошо изученных в области низких и средних выгораний, в настоящее время ещё недостаточно. В первую очередь, это обусловлено особенностями состояния топлива и отличиями внутритвэльных процессов при глубоком выгорании от ранее исследованных, а также большими затратами, сложностью подготовки объекта исследований и его инструментального оснащения датчиками внутриреакторных измерений (ДВИ).





К основным эффектам, характеризующим состояние твэла ВВЭР и определяющим особенности его поведения при глубоком выгорании топлива (без учета факторов, обусловленных эксплуатацией в составе тепловыделяющих сборок (ТВС)), относятся следующие:

- увеличение выхода газообразных продуктов деления (ГПД);

- уменьшение теплопроводности топлива;

- появление периферийного кольцевого слоя в топливе с особыми свойствами (rim-эффект);

- возрастание доли газовой составляющей распухания топлива;

- интенсификация негативных явлений при взаимодействии топлива с оболочкой (ВТО).

В нашей стране в настоящее время основной объем исследований для обоснования конструкций вновь создаваемых, и модернизации существующих твэлов ядерных энергетических установок (ЯЭУ) проводят в исследовательском реакторе (ИР) МИР.М1. Ранее в нем выполняли преимущественно ресурсные испытания твэлов, характеризующиеся стационарным уровнем энерговыделения в топливе. То есть эксперименты в реакторе МИР.М1 по моделированию переходных режимов, связанных с изменением мощности, относятся к новому классу испытаний, которые не были предусмотрены на стадии его создания. Поэтому для их проведения предварительно необходимо было изучить возможности реактора по реализации условий облучения, предложить новые подходы, учитывающие постоянно возрастающие требования к характеристикам объектов исследований, условиям проведения испытаний и объему получаемой информации.

Цель работы - разработка и практическая реализация методов и средств проведения в реакторе МИР.М1 петлевых испытаний твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива в условиях, моделирующих скачкообразное и циклическое изменение мощности, для получения экспериментальных данных, необходимых при верификации расчетных кодов и обосновании работоспособности твэлов.

Для достижения цели автор решал следующие задачи:

- разработка методов формирования нейтронно-физических условий и программ проведения экспериментов, обеспечивающих параметры, требуемые сценариями испытаний;

- разработка облучательных устройств (ОУ) для испытаний рефабрикованных (РФТ) и полномасштабных (ПМТ) твэлов ВВЭР в переходных режимах, связанных с изменением мощности;

- разработка и апробация методов обработки экспериментальных данных на основе показаний датчиков внутриреакторных измерений;

- проведение серии петлевых испытаний твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива в реакторе МИР.М1 в условиях скачкообразного и циклического изменения мощности;

- сопоставление и анализ экспериментальных данных, полученных в процессе реакторных испытаний и послереакторных исследований (ПРИ) твэлов ВВЭР.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- разработаны и реализованы новые методы испытаний твэлов ВВЭР в условиях переходных режимов с изменением мощности;

- разработаны облучательные устройства, позволяющие проводить петлевые испытания рефабрикованных (в том числе, инструментованных) и полномасштабных твэлов ВВЭР в подобных режимах;

- впервые получены и систематизированы экспериментальные данные, характеризующие кинетику изменения ряда параметров твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива в процессе облучения и их состояние после испытаний в условиях, моделирующих скачкообразное и циклическое изменение мощности.

Практическая значимость работы:

1. В результате выполнения диссертационной работы реализована возможность проведения в реакторе МИР.М1 нового класса петлевых испытаний твэлов ВВЭР.

2. Разработаны и апробированы новые методы и средства проведения испытаний, включая способы формирования нейтронно-физических условий экспериментов, конструкции облучательных устройств, алгоритмы обработки первичной информации, что существенно расширило экспериментальные возможности реактора.

3. Получены экспериментальные данные по изменению характеристик твэлов ВВЭР, используемые при лицензировании и оценке работоспособности твэлов с глубоким выгоранием топлива в подобных эксплуатационных режимах, а также для верификации расчетных кодов и при разработке новых проектных решений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методы проведения петлевых испытаний твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива в реакторе МИР.М1 в переходных режимах с изменением мощности.

2. Конструкции облучательных устройств для реализации экспериментов с рефабрикованными и полномасштабными твэлами ВВЭР в подобных режимах.

3. Результаты реакторных испытаний твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива в условиях скачкообразного и циклического изменения мощности.

Достоверность полученных результатов.

Достоверность полученных результатов и выводов работы подтверждена комплексом испытаний, выполненных в реакторе МИР.М1, с соответствующим анализом сопоставимости результатов, данными материаловедческих исследований, использованием современных достижений в области экспериментального и расчетного изучения активных зон реакторов ВВЭР, а также верификацией ряда расчетных кодов на основе электронной базы данных по испытаниям.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись и обсуждались на международных конференциях «2008 Water Reactor Fuel Performance Meeting» (Seoul, Korea, 2008), «2010 LWR Fuel Performance Meeting» (Orlando, USA, 2010), «WWER Fuel Performance, Modelling and Experimental Support» (Albena, Bulgaria, 2003, 2005) и «Датчики и детекторы для АЭС» (Пенза, 2002); шестой российской конференции по реакторному материаловедению (Димитровград, 2000); научно-техническом семинаре «International Seminar on Pellet-Clad Interactions with Water Reactor Fuels» (Cadarache, France, 2004), семинаре КНТС РМ «Методическое обеспечение реакторного материаловедения» (Димитровград, 1999).

Публикации. По теме диссертации в научных изданиях опубликовано 15 печатных работ, в том числе, 3 в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Личный вклад автора. Лично автором и при его непосредственном участии:

- разработаны методы формирования нейтронно-физических условий и программы проведения испытаний твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива при скачкообразном и циклическом изменении мощности, обеспечивающие требуемые сценариями параметры;

- предложены принципиальные конструктивные решения для облучательных устройств, позволяющие реализовать в реакторе МИР.М1 петлевые испытания рефабрикованных и полномасштабных твэлов ВВЭР в заданных условиях;

- выполнены расчетные и экспериментальные исследования по достижению и поддержанию требуемых нейтронно-физических и теплогидравлических условий петлевых испытаний твэлов ВВЭР в реакторе МИР.М1 в переходных режимах, связанных с изменением мощности;

- разработаны и апробированы расчетные методы обработки показаний датчиков внутриреакторных измерений, применяемых для оснащения исследуемых твэлов;

- проведены реакторные эксперименты с твэлами ВВЭР при скачкообразном и циклическом изменении мощности;

- выполнены сопоставление и анализ полученных в процессе реакторных испытаний и послереакторных исследований экспериментальных данных, характеризующих условия испытаний и состояние твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива.

Основной объем информации, представленной в работе, получен экспериментальным путем. Очевидно, что проведение экспериментов на реакторе - труд коллективный. В подготовке, проведении и анализе результатов реакторных испытаний и материаловедческих исследований непосредственное творческое участие принимали сотрудники ОАО «ГНЦ НИИАР» А.Ф. Грачев, А.Л. Ижутов, С.А. Ильенко, В.В. Калыгин, Г.Д. Лядов, Д.В. Марков, Г.И. Маёршина, В.А. Овчинников, С.В. Лобин, Ю.Г. Спиридонов, В.Ш. Сулаберидзе, В.А. Цыканов; сотрудники ОАО «ВНИИНМ» В.В. Новиков, А.В. Медведев и Б.И. Нестеров. В проведении расчетов участвовали Н.А. Нехожина и Е.Е. Шахмуть.

Объем и структура диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 85 наименований, изложена на 107 страницах, содержит 50 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цель, новизна и значимость.

Практически во всех странах с наиболее высоким уровнем развития ядерной энергетики в широких масштабах проводили исследовательские работы для обоснования достижения глубокого выгорания топлива и связанного с этим определения предельных возможностей конструкции твэла. При этом большое внимание уделялось вопросам поведения топлива в переходных режимах, связанных с изменением мощности. С целью получения необходимых результатов были созданы уникальные специализированные установки: PBF, PHEBUS, LOFT и др. Международные программы исследований топлива PWR и BWR, например, INTERRAMP, OVERRAMP и т.д., включали широкий круг реакторных экспериментов различной направленности. К началу 1990-х годов был выполнен значительный объем исследований поведения топлива, в том числе в переходных режимах изменения мощности.

Отличия российского топлива от топлива зарубежных реакторов, включая конструктивные особенности ТВС, не позволяли без дополнительных исследований и последующей доработки использовать зарубежные расчетные коды для обоснования работоспособности отечественных твэлов. Необходимы были собственные экспериментальные данные. Отсутствие в стране специализированного реактора вынуждало искать альтернативные решения.

Поэтому для проведения испытаний твэлов ВВЭР в переходных режимах, связанных с изменением мощности, был выбран реактор МИР.М1. Но уже первоначальные оценки показали, что для возможности выполнения в нем экспериментов подобного класса требуется разработка и внедрение новых методов и средств, поскольку они не были предусмотрены на стадии его создания. Это определило необходимость системного изучения вопросов практической реализации реакторных исследований твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива при скачкообразном и циклическом изменении мощности, в том числе, разработки способов формирования требуемых условий облучения.

В первой главе дается краткая характеристика экспериментальных возможностей реактора МИР.М1.

Материаловедческий исследовательский реактор МИР.М1 предназначен для испытаний ТВС, фрагментов ТВС и твэлов различных ЯЭУ в режимах, близких по своим параметрам к штатным условиям их эксплуатации. Одновременно в реакторе можно исследовать несколько экспериментальных ТВС (ЭТВС), отличающихся конструкцией, содержанием делящихся материалов в твэлах, мощностью, видом и параметрами охлаждающего теплоносителя.

В соответствии с назначением реактора структура активной зоны (АЗ) выбрана из условия минимального взаимного влияния экспериментальных облучательных устройств, расположенных в соседних петлевых каналах (ПК), поскольку режимы их эксплуатации могут существенно отличаться. С целью выполнения этого условия каждый ПК окружен шестью каналами для размещения рабочих ТВС (РТВС). Канальная компоновка реактора обеспечивает возможность контроля температуры теплоносителя на входе и выходе каждого канала, а также изменения его расхода. Для аварийной защиты, регулирования мощности, компенсации реактивности и создания в каждом ПК необходимых условий облучения на стыке граней бериллиевых блоков кладки АЗ реактора размещены органы регулирования (ОР) системы управления и защиты (СУЗ).

Испытания ЭТВС в реакторе МИР.М1 проводят в одиннадцати ПК типа Фильда, которые распределены между семью петлевыми установками (ПУ). Вид и параметры теплоносителя в каждой ПУ определяются задачами экспериментов. С помощью штатных систем ПУ реактора МИР.М1 возможен контроль всех необходимых параметров для аттестации внешних условий эксперимента. Состояние герметичности оболочек исследуемых твэлов фиксируют по выходу запаздывающих нейтронов и мощности дозы гамма-излучения от трубопроводов первого контура ПУ. Системы ионно-обменной очистки теплоносителя, водоподготовки, дозирования реагентов обеспечивают поддержание и контроль с необходимой периодичностью показателей заданного водно-химического режима.

Значительный опыт проведения петлевых испытаний топлива позволил сформировать на базе реактора МИР.М1 и материаловедческого комплекса НИИАР полный цикл работ, необходимых для исследований поведения твэлов различных ЯЭУ:

- проектирование и изготовление ОУ, ДВИ и некоторых типов экспериментальных твэлов;

- подготовка ПМТ и РФТ из облученных штатных ТВС, доставленных в НИИАР с коммерческих АЭС;

- реакторные эксперименты в условиях, моделирующих заданные;

- промежуточные и послереакторные исследования;

- утилизация отходов и временное хранение облученного топлива.

К особенностям исследовательского комплекса на базе реактора МИР.М1, которые выделяются в сравнении с другими испытательными центрами, следует отнести возможность:

- изготовления и аттестации РФТ из отработавших твэлов ТВС коммерческих АЭС;

- дооблучения РФТ и ПМТ, что позволяет проводить испытания твэлов с более глубоким выгоранием, которое недостижимо в энергетических реакторах (ЭР);

- реализации экспериментов с ПМТ из ТВС, поступающих на исследования с АЭС, что дает возможность испытывать твэлы при сохранении их внутреннего состояния;

- выполнения промежуточных неразрушающих исследований твэлов и ЭТВС, в том числе, на стенде инспекции в бассейне выдержки и в защитной камере (ЗК) реактора МИР.М1;

- одновременного облучения в ПК реактора МИР.М1 нескольких ЭТВС по разным программам при различных уровнях и динамике изменения мощности.

Располагаемая плотность потока тепловых нейтронов и оснащенность ПУ реактора МИР.М1 специализированным оборудованием позволяют обеспечивать параметры испытаний, характерные для большинства существующих водоохлаждаемых энергетических реакторов. Для петлевых испытаний твэлов ВВЭР в реакторе МИР.М1 используют ряд ОУ, в том числе: разборные и инструментованные фрагменты ТВС, содержащие до 19-ти твэлов с длиной топливного столба (ТС) до ~1 м, устройства блочной конструкции «Гирлянда» с несколькими укороченными макетами ЭТВС, которые размещают один над другим по высоте АЗ, ОУ для дооблучения до повышенного выгорания ПМТ и РФТ. Особое внимание в настоящее время уделяют реакторным исследованиям с использованием инструментованных твэлов, оснащенных ДВИ. Кроме того, в ОУ также могут быть установлены различные датчики контроля параметров испытаний. Для сбора, регистрации, отображения, а в ряде случаев и обработки информации от датчиков ПУ, ОУ и инструментованных твэлов в реальном масштабе времени используют быстродействующую информационно-измерительную систему.

Во второй главе представлены результаты разработки методов формирования нейтронно-физических условий экспериментов и программ проведения петлевых испытаний твэлов ВВЭР с глубоким выгоранием топлива в реакторе МИР.М1 при скачкообразном и циклическом изменении мощности; рассмотрены особенности метода дооблучения твэлов ВВЭР до заданного выгорания топлива.

Испытания твэлов ВВЭР в переходных режимах, связанных с изменением мощности, в зависимости от характера протекания этого процесса при облучении подразделяют на:



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.