В МИФИ создали уникальную миниатюрную установку для имитации аварийных режимов реакторов ВВЭР

В МИФИ создали уникальную миниатюрную установку для исследования свойств и поведения циркониевых компонентов активных зон легководных реакторов (на тепловых нейтронах) в условиях аварийных ситуаций.
 
Полезная модель, созданная учеными НИЯУ МИФИ, относится к испытательной технике, а именно к испытаниям материалов и фрагментов конструкций тепловыделяющих сборок ядерных реакторов типа ВВЭР в условиях аварий с потерей теплоносителя: максимальной проектной аварии и запроектной аварии.
 
Светлана Иванова, главный специалист Института промышленных ядерных технологий, создатель Установки для имитации аварийных режимов реакторов ВВЭР:
 
— Мы с Белугиным Иваном Ивановичем начали работать над созданием испытательной установки фактически сразу после аварии на японской атомной станции Фукусима в 2011 году, произошедшей из-за пароциркониевой реакции. Данная авария привела к тому, что атомщики всего мира (США, Франции, Швейцарии, Японии, Южной Кореи, Китая, России и др.) стали думать над тем, как модифицировать конструкцию топлива так, чтобы избежать подобных происшествий в будущем. В результате появилась концепция безопасного толерантного топлива (Advanced Tolerant Fuel, ATF).
 
В связи с этим, нашей главной задачей стало найти способы повышения эксплуатационных характеристик и работоспособности циркониевых компонентов активной зоны не только в нормальных условиях эксплуатации, но и в аварийных режимах; создать циркониевые материалы с повышенным уровнем свойств и повысить надежность циркониевых компонентов тепловыделяющих сборок в условиях аварийных ситуаций, нанося на их поверхность специально разработанные защитные покрытия. Это сейчас мировой тренд.
 
Мы в НИЯУ МИФИ занимаемся разработкой модифицированных и композиционных циркониевых материалов с повышенных уровнем свойств, а также разработкой защитных покрытий и способов модификации поверхности циркониевых компонентов для активной зоны реакторов на тепловых нейтронах, которые являются одними из основных реакторов, работающих в России, а также в других странах мира: Финляндии, Словении, Украине, Китая, Индии, Иране и др.
 
После Фукусимской аварии все разработки для циркониевых компонентов активных зон должны проверяться на устойчивость в условиях аварийных ситуаций.
 
Основные конструктивные требования, предъявляемые к твэлам и тепловыделяющим сборкам в условиях аварии с потерей теплоносителя, — отсутствие разрушения оболочек твэлов после термоудара при заливе сборки водой, возможность разборки активной зоны после аварии и наличие остаточного ресурса механических свойств циркониевых компонентов тепловыделяющих сборок для их последующей транспортировки.
 
Но для того, чтобы проводить испытания и проверять надежность циркониевых компонентов в условиях аварийных ситуаций, нужны специальные установки, имитирующие аварийные режимы.
 
Из существующего уровня техники известны сложные устройства (стенды), на которых испытываются твэлы и тепловыделяющие сборки. Но подобные устройства очень сложны. Они состоят из технологических систем и модельной тепловыделяющей сборки, систем электропитания сборки и аварийного залива, газового обеспечения и информационно измерительных установок. Существенным недостатком таких стендов является очень большая трудоемкость подготовки и проведения испытаний, которая не позволяет оперативно проводить сравнительную оценку влияния модификации материала, состояния поверхности и технологии изготовления комплектующих тепловыделяющих сборок на их надежность в аварийных ситуациях. Кроме того, это большие деньги и длительные сроки испытаний.
 
Светлана Иванова, главный специалист Института промышленных ядерных технологий, создатель Установки для имитации аварийных режимов реакторов ВВЭР:
 
— Нам нужна была установка, которая позволила бы имитировать аварийные режимы, различные варианты аварийных ситуаций, но делать это быстро и не дорого. Вот для того, чтобы разрабатывая модифицированные циркониевые материалы, защитные покрытия и способы модификации поверхности циркониевых компонентов, иметь возможность оперативно проверять их на устойчивость в аварийных режимах, мы и разработали, а затем и запатентовали такую установку.
 
Ученые НИЯУ МИФИ создали миниатюрную, удобную в использовании установку размером с микроволновую печь, имитирующую условия аварий при больших течах и разрывах главной циркуляционной трубы 1-го контура реактора ВВЭР с обезвоживанием активной зоны и повышением температуры твэлов до 1100-1200 °С. Установка позволяет моделировать 1-ую и 2-ую стадии максимальной проектной аварии с потерей теплоносителя и запроектную аварию, а также термоудар, возникающий в момент аварийного залива реактора водой. Испытания в установке проводятся на небольших образцах.
 
Установка проста в эксплуатации и представляет собой печь с нагреваемым образцом, прикрепленный к образцу датчик температуры с электродами и возможностью перемещения вдоль продольной оси рабочего пространства печи, а также систему непрерывной подачи испытательной среды к образцу.
 
Образец помещается в диэлектрическую трубу, которая помещается в печь. Труба наклонена под углом от 5° до 90° к горизонтальной поверхности, и ее нижний конец выведен за пределы печи. Через нижнюю часть трубы вводится вода, которая заполняет нижнюю часть трубы и служит для генерации пара, испытаний образцов на термоудар и фиксации изменения структурного состояния образцов в процессе испытаний. Через верхнюю часть трубы стравливается пар и водород. В трубу введен датчик температуры, один из электродов которого выведен через нижнюю часть трубы, а другой через верхнюю. На датчике температуры закрепляется испытываемый образец. В процессе испытаний образец вводится в рабочее пространство печи и выводится из него перемещением датчика вдоль продольной оси трубы, используя электроды в виде тяги. Для сравнительных испытаний на датчике может быть закреплено несколько образцов.
 
Установка, созданная учеными НИЯУ МИФИ, позволяет с минимальной трудоемкостью и достоверно имитировать на образцах этапы максимальной проектной и запроектной аварий, а также оценивать влияние, как пароциркониевой реакции, так и термоудара на надежность материалов и элементов конструкции активных зон реакторов типа ВВЭР в условиях аварийных ситуаций. Это может быть использовано для обоснования, разработки и внедрения новых материалов и элементов конструкций легководных ядерных реакторов.

0 комментариев

Оставить комментарий