Международная телекоммуникатсионная конферентсия Молодеж и наука Ч.1 2015

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

И.В. АЛЯЕВ Научный руководитель – Н.А. СЕЛЯЕВ, ведущий инженер

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

МАКЕТ ИМИТАТОРА СИГНАЛОВ ИОНИЗАЦИОННЫХ КАМЕР ДЕЛЕНИЯ

Рассматриваются результаты проектирования макета имитатора сигналов ионизационных камер деления, предназначенного для проверки математических алгоритмов формирования сигналов ионизационных камер деления.

Ионизационные камеры деления (ИКД) предназначены для регистрации нейтронов. Совместно с аппаратурой контроля нейтронного потока (АКНП) ИКД используются для измерений плотности потока нейтронов в ядерных установках [1]. Необходимыми этапами жизненного цикла АКНП является её поверка, калибровка и настройка, для чего должно применяться устройство, имитирующее сигнал ионизационной камеры. В настоящее время существует ряд изделий, предназначенных для калибровки АКНП, однако ни одно из них не позволяет проверять все режимы работы широкодиапазонной аппаратуры контроля нейтронного потока (импульсный, флуктуационный и токовый).

Целью работы являлось создание макета имитатора сигналов ионизационных камер деления, работающего во всем диапазоне изменения сигнала ИКД, на основе оборудования PXI фирмы National Instruments. Макет предназначается для проверки алгоритмов формирования сигналов ИКД.

Создание программного обеспечения для решения поставленной задачи осуществлялось в среде программирования NI LabVIEW.

Сигнал ИКД представляет собой последовательность импульсов тока со случайным временем возникновения (зависящим от плотности потока нейтронов) и случайными зарядами в импульсах (зависящим от амплитудного распределения) [2].

Для расчёта модели сигнала ионизационной камеры пользователь задаёт следующие параметры: функция изменения плотности потока нейтронов во времени, спектр распределения зарядов, вызванных регистрацией нейтронов, форма и длительность импульсов ИКД, время воспроизведения сигнала и шумовая составляющая сигнала, характеризующая гамма фон.

_______________________________________________________________________

232 ISBN 978-5-7262-2221-9. XIХ конференция «Молодежь и наука»

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

В связи с необходимостью формировать различные функции изменения плотности потока нейтронов, которые могут быть описаны как аналитическими функциями времени (статический сигнал, линейное или экспоненциальное изменение) так и математическими моделями реакторов (при формировании сигналов реактивности) задача распределения импульсов ИКД во времени решается на ЭВМ. Все время воспроизведения делится на равные интервалы, в каждый из которых попадает случайное число импульсов. Интервалы выбираются достаточно малыми (порядка 10-8 с), для обеспечения возможности максимально точного моделирования динамических процессов. В соответствии с функцией изменения плотности потока нейтронов во времени рассчитывается файл со случайным количеством импульсов на каждом интервале разбиения времени воспроизведения сигнала. После чего этот файл, а также описание спектра и формы импульса, передаётся в FPGA модуль. В FPGA производится расчёт модели сигнала ИКД в реальном времени. При этом динамический диапазон выходного импульсного сигнала снижается за счет учета среднего значения тока, которое восстанавливается при помощи ЦАП, обеспечивающего воспроизведение сигнала постоянного тока.

Макет имитатора позволяет воспроизводить модели как статических, так и динамических сигналов во всем диапазоне работы ИКД (от импульсного при загрузке от 1 с-1 до флуктуационного при загрузке до 109 с-1 и токового до 1 мА).

Работа макета имитатора проверялась путем моделирования сигналов различных типов ИКД и с использованием разных АКНП.

Разработанный макет имитатора сигналов позволил подтвердить правильность работы алгоритмов формирования сигналов ИКД. Макет может быть использован для проверки АКНП. Следующим этапом работы планируется разработка методик метрологической аттестации имитатора сигналов ионизационных камер деления.

Список литературы

1.Системы контроля нейтронного потока для управления и защиты ядерных реакторов. ГОСТ 27445-87.

2.Росси Б., Штауб Г., Ионизационные камеры и счетчики. – Москва: Издательство иностранной литературы, 1951 – 241 с.

_______________________________________________________________________

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

В.О. КОСТИКОВ Научный руководитель – Ю.Н. ВОЛКОВ, к.т.н.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

МАЛЫЕ МОДУЛЬНЫЕ РЕАКТОРЫ: ВЗГЛЯД НА БУДУЩЕЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Рассматриваются особенности строения и эксплуатации малых модульных реакторов. Приведены различия конструкций реакторов разных проектов, а также принципиальные отличия реакторов малой мощности от промышленных реакторов большой мощности.

Увеличение уровня потребления электроэнергии ставит перед энергетиками всего мира задачу: обеспечить большое количество людей электроэнергией в короткий срок. Эту проблему может решить ядерная энергетика и, в частности, модульные реакторы малой и средней мощностей.

В работе рассмотрены особенности создания и промышленного применения малых модульных реакторов. Показаны различные типы конструкций реакторных блоков. Большое внимание уделено преимуществам малых модульных реакторов.

Использование различных видов топлива: МОХ-топлива, низкообогащённого уранового (НОУ) топлива-предполагает большие возможности повышения эффективности ядерной энергетической установки, соответствия международным стандартам нераспространения ядерных материалов, а также увеличения срока эксплуатации без перезагрузки топлива.

Широкое применение пассивных принципов обеспечения безопасности (интеграция парогенераторов внутри корпуса реактора, применение принципов естественной циркуляции) выгодно отличает малые модульные реакторы от реакторов и реакторных блоков средней и большой мощностей. Кроме этого, в работе рассмотрены недостатки, а так же принципиальные проблемы создания и ведения в широкое пользование малых модульных реакторов.

Проблема энергообеспечения различных, в том числе и труднодоступных, районов актуальна не только в России, но и во всём мире. Её решение можно найти в поставке некоторого числа мобильных, долговечных источников энергии в данные области.

Железнодорожный транспорт является одним из наиболее удобных и дешёвых способов доставки тяжеловесных грузов по всему миру, включая регионы, неподключенные к центральным электросетям.

_______________________________________________________________________

234 ISBN 978-5-7262-2221-9. XIХ конференция «Молодежь и наука»

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

В работе был произведён расчёт прочности герметичного корпуса малого модульного реактора, пригодного к транспортировке железнодорожным составом, при этом учитывались следующие принципы:

1)Корпус должен быть достаточно лёгким и иметь малые габариты для его транспортировки неспециальным железнодорожным транспортом;

2)Корпус должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать последствия любой аварии и остаться целым, тем самым исключить возможные риски и обеспечить максимальную степень безопасности.

Расчёт показал, что создать корпус реактора, удовлетворяющий данным условиям возможно.

Список литературы

1.Small and Medium sized Reactors (SMR): A review of technology by Marcin Karol Rowinski, Timothy John White, JiyunZhao, Renewable and Sustainable Energy Reviews 44(2015) 643–656

2.Аналитический обзор по малым модульным реакторам, по заказу журнала «Атомный эксперт», апрель 2013 года

3.ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность, ИПК издательство стандартов, Москва

4.Маршалл, В. Основные опасности химических производств [Текст] / В. Маршалл ; пер. с англ. - Москва : Мир, 1989. - 671 с.

_______________________________________________________________________

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

О.Н. КОВАЛЕВА Научный руководитель – Ю.И. ПИМШИН, д.т.н., профессор

Волгодонский инженерно-технический институт НИЯУ МИФИ, Ростовская обл.

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНЫХ ГЕРМЕТИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК (ЗГО)

Защитная оболочка является восьмым контуром защиты АЭС. При возведении ЗО монтируется система непрерывного мониторинга. Однако при вводе в эксплуатацию вводятся не 100 %. По различным причинам выходят из строя часть датчиков. При эксплуатации в течение 5 лет перестают работать 7% датчиков, а оболочки строятся на 30-50 лет. В соответствии с этим необходима разработка альтернативной мобильной диагностики защитной оболочки АЭС. Нами представляется система, основанная на измерении перемещений.

Основным критерием оценки технического состояния ЗГО, исходя из требований СП-52-102-2004, и определения её ресурсных характеристик

где σпред – предельное напряжение; σдоп – допустимое напряжение; Известно, что для одноосного сжатия

Применительно к ЗГО в качестве ∆ пред принимают перемещения констролируемых точек, размещенных на элементах (стенках) ЗГО при ее преднапряжении. В качестве ∆ доп – принимают перемещения тех же точек на этапе испытаний при наборе внутреннего давления равного 4.6 атм.

Согласно требований СП-52-102-2004 к предварительно напряженными железобетонных конструкциями K0 ≥ 1.5 на всех этапах эксплуатации начиная с преднапряжения. При этом после испытаний, определенный по результатам коэффициент К0 принимается начальным. Далее ежегодно

_______________________________________________________________________

236 ISBN 978-5-7262-2221-9. XIХ конференция «Молодежь и наука»

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

определяются величины годичных перемещений δi. И текущий коэффициент на любом этапе ЗГО определяется

Если di > 1 то ЗГО находится в допустимом режиме эксплуатации. Если же di < 1 то защитная оболочка находится в ограниченном режиме эксплуатации и требуется разработка мероприятий для повышения эксплуатационной надежности ЗГО.

Список литературы

1.СП 52-102-2004 Предварительно напряжённые железобетонные конструкции

2.Беляев Н.М. Сопротивление материалов, 1976г.

_______________________________________________________________________

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

Л.Ю. ГУСЕВА, М.С. СТАЛЬЦОВ, И.А. БОГАЧЕВ Научный руководитель – И.И. ЧЕРНОВ, д.ф.-м.н., профессор

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕЛИЕВОЙ ПОРИСТОСТИ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПЕРВОЙ СТЕНКИ ТЯР

Методом просвечивающей электронной микроскопии изучены особенности формирования гелиевой пористости в приповерхностном слое ферритномартенситных сталей и ванадия, облученных ионами Не+ и ионами Ni2+ до дозы 100 сна при 923 K. Обнаружено, что при облучении Не+ крупные газовые пузырьки формируются в зоне максимальной концентрации радиационных вакансий. Кроме того, в некоторых зернах образуются мелкие пузырьки на глубинах, превышающих пробег ионов Не+ в облучаемом материале.

Перспективными материалами для оболочек твэлов реакторов на быстрых нейтронах, а также первой стенки термоядерных реакторов (ТЯР) будущего, являются дисперсно-упрочняемые оксидами (ДУО) стали на различной основе (ферритные, ферритно-мартенситные, мартенситные), а также сплавы на основе ванадия. Реакторное облучение приводит к образованию в конструкционном материале гелия и водорода, их накоплению и развитию газовой пористости, что оказывает существенное влияние на радиационную повреждаемость материала. Целью работы явилось выявление особенностей формирования гелиевой пористости в приповерхностном слое материалов при облучении ионами Не+ и Ni2+. В работе исследованы ферритно-мартенситные стали ЭП-450, ЭП-450-ДУО (0,5 мас. % Y2O3), а также модельные α-Fe (армко) и V (99,98%).

При высокотемпературном внедрении гелия в облученных материалах сформировались гелиевые пузырьки. Как видно из рис. 1 а, б, в однофазных железе и ванадии при облучении сформировались крупные пузырьки, достаточно равномерно распределенные по объему. В стали ЭП-450 (рис. 1, в) пузырьки распределены крайне неравномерно как по объему образца, так и по размерам в теле зерна. Наряду с крупными пузырьками в феррите (зерна 1 и 2) наблюдаются зоны с пузырьками меньшего размера очень низкой плотности (зерно 3). В ДУО стали также наблюдается неравномерное распределенные пузырьков (рис. 1, г): есть участки с мелкими и крупными пузырьками, а также свободные от них зоны. При последова-

_______________________________________________________________________

238 ISBN 978-5-7262-2221-9. XIХ конференция «Молодежь и наука»

Технологии, материалы, конструирование и диагностика в ядерной промышленности

тельном облучении ионами Не+ с энергией 40 кэВ и Ni2+ с энергией 7,5 МэВ существенно изменяется приповерхностная микроструктура образцов (рис. 2).

Рис.1. Микроструктура α-Fe (а), V (б), сталей ЭП-450 (в) и ЭП-450-ДУО (г), облученных ионами Не+

Из пузырьков, образовавшихся при облучении ионами Не+, в процессе облучения ионами Ni2+ в течение около 20 ч формировались полости и гелиевые пузырьки обнаруживаются на значительных глубинах мишени, вызывая газовое распухание (рис. 2, б).

Рис.2. Общий вид V, облученного последовательно ионами Не+ и Ni2+ вдоль пробега ионов (а) и область, прилегающая к облучаемой поверхности (б)

По-видимому, гелий проникает в глубокие слои материала за счет отдачи и/или ионного перемешивания. Этот фактор обнаружен впервые, и его следует учитывать при оценке ресурса конструктивных элементов первой стенки ТЯР, обращенных к плазме. Без предварительного внедрения гелия в образцах обнаружены только вакансионные поры, подобные показанным на рис. 2а, вызванные облучением ионами никеля.

_______________________________________________________________________