Комплекс испытательных средств для исследования ползучести и состава газообразных продуктов деления

При проектировании комплекса испытательных средств для исследования ползучести и состава газообразных продуктов деления основное внимание было обращено на конструктивное оформление основного узла установки – высокотемпературной камеры для испытаний.
Учитывая специфику реакторных испытаний на ИРТ – МИФИ, где необходимые температурные режимы для исследования керамического ядерного горючего достигаются при использовании внешнего нагревателя, что и определяет временной ресурс реакторной установки.
В основу конструкций реакторных устройств был положен принцип унификации отдельных узлов высокотемпературной реакторной камеры. Для всех установок типа «Крип-ВТ» (установка для исследования радиационной ползучести), «Приз» (установка для исследования ГПД при высоких температурах), «Каприз-ВТ» (установка для совместного исследования радиационной ползучести и выхода ГПД при высоких температурах) система нагрева образца идентична, хотя и может быть снабжена – в зависимости от исследуемых материалов – нагревателями из вольфрама, тантала или графита.
Соединение нагревательной системы с узлом нагружения и соответствующим рабочим участком приводит к появлению одной из модификаций указанных установок в зависимости от поставленных задач. Аналогичный принцип выдерживается в серии низкотемпературных устройств «Крип-НТ» и «Каприз-НТ», за исключением рабочего участка с образцами, который не может быть заменен в процессе эксперимента. Схема измерений комплекса испытательных средств для исследования состава ГПД при ползучести UO2 показана на рис.1.

образец, 3 – червячный преобразователь перемещений,
4 – измерительные штоки, 5 – верхний фланец, 6 – токовводы,
7 – твердосплавные проставки, 8 – пуансоны, 9 – экраны, 10 –нагреватель,
11 – направляющие нагружающего устройства, 12 – термопары,
13 – нижний фланец.
На рисунке с правой стороны показано место положение внеканальной сборки около активной зоны реактора ИРТ-МИФИ. Штанга имеет свинцовую защиту, которая крепится в стальной обойме и предохраняет обслуживающий персонал от прямого излучения, проникающего по несущему трубопроводу во время работ, связанных с перегрузкой образца.

червячный преобразователь перемещений,
4 – измерительные штоки,
5 – верхний фланец,
6 – токовводы,
7 – твердосплавные проставки,
8 – пуансоны,
9 – экраны,
10 –нагреватель,
11 – направляющие нагружающего устройства,
12 – термопары,
13 – нижний фланец.

Высокотемпературная камера установки «Каприз-ВТ» для исследования ядерного горючего на ползучесть с одновременным определением выхода ГПД в условиях реактора ИРТ-МИФИ показана на рисунке. Она представляет собой оболочку (1) диаметром 170 мм, герметично закрытую верхним (5) и нижним (13) фланцами.
Внутри оболочки на кронштейнах, которые являются направляющими измерительных штоков (4), крепятся тепловые экраны (9). Нагреватель Ω - образной формы (10), токоподводы (6) и тепловые экраны образуют нагревательную систему камеры. Перечисленные элементы крепятся на верхнем фланце. Для изготовления нагревателя и ближних к нагревателю экранов используется вольфрамовый лист.
На нижнем фланце (13) смонтирован узел нагружения, представляющий собой герметичный цилиндр, в который вварен сильфон из нержавеющей стали, работающий на сжатие под действием давления газа, подаваемого по трубопроводу. Усилие через шток (4) из нержавеющей стали, молибденовый держатель и пуансон из вольфрама (8) передается образцу, размещенному в молибденовом стакане рабочего участка.

экспериментальные устройства
и измерительное оборудование стенда.
Реакторный стенд (1) включает в себя:
-реактор (2),
-экспериментальные устройства (13),
-аналоговую систему измерения физических параметров (3),
-информационно-измерительную систему (ИСС) на базе ЭВМ (4),
-систему обеспечения эксперимента (5).
Все эти системы и экспериментальные установки в результате взаимодействия позволяют получить информацию об объекте испытаний, обработать её (6) и получить конечный результат в виде зависимостей или цифрового материала об изучаемом свойстве.
Каждая из систем (3,5,13) расшифровывается (рис.2), однако, требует некоторых дополнительных пояснений.
Позиция (3) содержит информацию об измерительных системах и их аппаратурном
 обеспечении (7,8,9,10,11,12).

соответствующими вторичными приборами:
- температура измерялась термоэлектрическими преобразователями в комплекте с потенциометрами.
- механическое напряжение на образцах создавалось в установках с помощью газовой сильфонной нагружающей системы. Измерение механического напряжения производилось манометрами в комплекте со вторичными приборами.
- нейтронный поток на образце измерялся методом активационного анализа с использованием медных индикаторов и термонейтронным датчиком.
поток газообразных продуктов деления фиксировался γ – спектрометром с анализатором импульсов и электроосадителем типа «Карадаг» с регистрацией кривых распада. Измерение газа – носителя продуктов деления через рабочий участок производилось с помощью U – образных манометров, заполненных водой, соединенных с капилляром, который представляет достаточное гидравлическое сопротивление при измерение расхода от 5·103 до 50·103 см3/час.
Системы обеспечения эксперимента:
- система вакуумирования и очистки газа обеспечивает необходимую среду для испытания. Вакуумирование рабочего объема устройств, производилось стандартным вакуумным насосом типа ВИТ – 1АП. Инертный газ перед поступлением в устройство осушался и очищался с помощью цеолитовых и угольных ловушек, охлаждаемых жидким азотом.
- регулирование температуры может производиться высокоточным регулятором температуры типа ВРТ-3 через собственный выходной блок при использовании в установке низкоомного нагревателя и низковольтного трансформатора типа ОСУ.

(7) ввинчивается молибденовый держатель, в котором закреплен вольфрамовый пуансон (8). В держатели и пуансоне сделано соосное отверстие для подвода термопары (12) к образцу. Образец (2) в центровочной обойме, выполненной из тонкого листового молибдена, помещается в молибденовый стакан, который удерживается от перемещения вниз с помощью винтов, входящих в клиновые пазы держатели. Для соосности нижнего пуансона имеются направляющие нагружающего устройства (11).
Деформация образца в процессе ползучести фиксируется терморадиационностойким индуктивным датчиком через измерительные штоки (4). Для увеличения диапазона до 10мм используется червячный преобразователь перемещений (3) позволяющий перемещать катушку индуктивного датчика относительно его сердечника в процессе эксперимента.
Величина перемещения корпуса датчика при последующей модернизации определялась по числу оборотов специально установленного сильсина. Деформация образца фиксируется самопишущим прибором. В случае изменения характеристики датчика под действием облучения деформация образца может оцениваться по числу оборотов сильсина, при этом индуктивный датчик выполняет роль контактной головки.

для протока газа-носителя.
Газ-носитель, омывая образец, направляется через верхнюю штангу к газовому стенду.

Пуансон

Подвижный пуансон

Образец

Высокотемпературная
опора

Рабочий участок, газовыделение.

газа-носителя, транспортировки ГПД к месту измерения активности, обеспечения соответствующей выдержки ГПД перед выбросом в спецвентеляцию, а также для контроля давления и расхода газа – носителя. Газ подаётся из баллонов
(v = 40 л, p = 150 кгс/см2) после редуцирования до избыточного давления 0,1 кгс/см2. Расход газа может быть направлен по байпасной (по отношению к ампуле) линии и таким образом обеспечить продувку выходной части стенда чистым газом. Вместе с ГПД газ – носитель может быть направлен в тракт электроосадителя, аналитический участок датчика, а также через ёмкость задержки. Перед выбросом ГПД в спецвентиляцию осуществляется их задержка в ёмкости выдержки. Расход газа определяется расходомером по перепаду давления газа – носителя на капилляре.

дочерние радионуклиды. Газ – носитель вместе с ГПД проходит через камеру осаждения. За время пребывания в камере образованные в результате распада материнских ядер
( 88Kr, 138Xe) дочерние ионы (88Rb, 138Cs) электростатическим полем ( U ≈ 500 вольт) осаждаются на металлическую нить, образуя «пятно осаждения». При движении нить наматывается на барабан и сматывается с него. В электроосадителе применен сцинтилляционный датчик на основе β чувствительного кристалла и ФЭУ – 13. Для уменьшения фона пространство под кристаллом продувается чистым газом навстречу основному потоку газа – носителя. Питание датчика осуществляется от стендового источника. Сигнал фиксируется в виде тока на интенсиметре и записывается на самопишущем приборе.
Электроосадитель управляется с пульта. Пульт может обеспечить дискретную регулировку времени счета (и осаждения) «пятна», непрерывную или дискретную (шагами) перемотку нити в прямом и обратном направлении, включение напряжения, подаваемого на камеру осаждения.
Измеритель скорости счета предназначен для оценки радиационной обстановки на рабочих местах, а также для качественной оценки времени неустановившегося режима по активности газа – носителя.

Электроосадитель

Нить