Способ контроля состояния нагретой поверхности оболочек каналов и тепловыделяющих элементов в ядерных реакторах

 

(19)SU(11)1230461(13)A1(51)  МПК ⁵    _G21C17/06(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ НАГРЕТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБОЛОЧЕК КАНАЛОВ И ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в ядерной энергетике, теплоэнергетике при определении состояния нагретой поверхности оболочек, например тепловыделяющих сборок или отдельных тепловыделяющих элементов (твэлов) при различных температурных условиях. Целью изобретения является повышение точности и упрощение определения момента и места достижения контролируемой температуры. Осуществление способа проводилось для определения момента наступления кризиса теплоотдачи (критической мощности сборки) на реакторе РБМК, на реакторной петле. Режимные параметры: массовая скорость ρω = 1000 кг/м²˙с, давление Р = 10 МПа, диаметр тепловыделяющего элемента d = 13,5 мм, длина l = 7 м. Возникновение кризиса теплоотдачи связано с образованием локальных "горячих" пятен по длине тепловыделяющего элемента-твэла, причем при достижении критической мощности температура поверхности "горячих пятен" составляет t_п = t_S + (10-20^oC), где t_п - температура пятна; t_S - температура насыщения. В данном конкретном случае температура "горячего" пятна равна t_п = 310 - (10 + 20^oC) = 320 - 330^oC. Следовательно, при температуре 325^оС ожидается наступление кризиса теплоотдачи. Для уверенной фиксации кризиса теплоотдачи можно расширить этот интервал до температур заведомо больших, не приводящих еще к разрушению твэла. Исходя из интервала температур "горячего" пятна 320-330^оС выбираем в качестве материала наружного покрытия материал с такой же температурой плавления, например, свинец t_пл = 327^оС, либо сплав олово-медь, в процентном отношении, обеспечивающем температуру плавления, близкую к 320^оС. Толщина наружного покрытия выбирается из двух условий: 1) технологичность нанесения покрытия; 2) количество тепла, выделяемого в "горячем" пятне, должно быть больше количества тепла, необходимого для расплавления в месте появления "горячего" пятна материала наружного покрытия. Расчеты показывают, что толщина наружного покрытия должна быть ≈0,1 мм. Внутренний индикаторный слой выбираем исходя из условия, что до наступления кризиса теплоотдачи внутренний слой не должен расплавиться, т. е. температура плавления внутреннего слоя > 320^оС. Исходя из этого условия выбираем в качестве материала Zn. Покрытие наносят гальваническим способом, изменяя концентрацию изотопов цинка вдоль контролируемой поверхности по линейному закону от 48,9 до 90% . Определение момента наступления кризиса теплоотдачи, а следовательно, критической мощности сборки, происходит следующим образом: повышая мощность сборки малыми ступенями (Δ N = 3-5 кВт), фиксируем на каждом шаге режимные параметры (стационарное состояние) и мощность сборки. При этом внутренний индикаторный слой в процессе испытаний под действием нейтронов активируется. На каждом шаге, т. е. при N = const, измеряем радиоактивность проб. В момент достижения кризиса теплоотдачи температура наружного слоя контролируемой поверхности достигает температуры плавления и плавится, в результате чего начинается в этом месте выход паров элементов индикаторного слоя. Измеряя радиоактивность нуклидов-индикаторов, определяем момент достижения кризиса теплоотдачи, а следовательно, и уровень мощности, т. е. критическую мощность. Место локального перегрева, т. е. место кризиса, определяем по радионуклидному составу проб, в которых сохраняется отношение концентраций нуклидов-индикаторов. Определенная таким образом критическая мощность сборки (18 стержней) тепловыделяющих элементов при указанных режимных параметрах составляет N_кр≈2,5 МВт. (56) Безруков Ю. А. и др. Исследование критических тепловых потоков в пучках стержней применительно к реакторам типа ВВЭР. - В кн. Исследование критических тепловых потоков в пучках стержней, Семинар ТФ-74, М. , 1974. Патент США N 502430, кл. G 21 C 17/06, 1972.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ НАГРЕТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБОЛОЧЕК КАНАЛОВ И ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ, включающий отбор проб из каналов и их нуклидный анализ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения определения момента и места достижения контролируемой температуры, на поверхность оболочек каналов и тепловыделяющих элементов наносят внутренний индикаторный слой из материала, обладающего высоким давлением насыщенного пара при контролируемой температуре и содержащего по крайней мере два нуклида, распределенных в различном количественном отношении по длине оболочки и образующих при облучении нейтронами легко идентифицируемые радионуклиды, и внешний слой из материала с температурой плавления, равной контролируемой, причем в процессе контроля измеряют наведенную радиоактивность проб и определяют момент достижения контролируемой температуры по появлению в отобранных пробах радиоактивности нуклидов-индикаторов, а место достижения контролируемой температуры - по их радионуклидному составу.