Высокопоточный реактор ПИК [1-3] предназначен для широкого круга фундаментальных и прикладных физических исследований.

Схемы реактора и расположения экспериментальных каналов приведены на рис.1 и 2.

Максимальная плотность потока тепловых нейтронов в центре центрального экспериментального канала (ЦЭК) достигает 4,2x10¹³ н/см²с МВт, тепловыделение в ЦЭК составляет в графите 0,42 Вт/г·МВт, в воде - 1,05 Вт/г·МВт, в ²³⁵U - 1,5 кВт/г·МВт [4]. Теплогидравлический контур ЦЭК отводит 200 кВт тепла от конструкционных элементов, воды и до 200 кВт от облучаемых образцов. По варианту I проекта ЦЭК с подвижной внутренней трубой загрузка и выгрузка образцов производится на заглушенном реакторе. В варианте II проекта ЦЭК с неподвижной внутренней трубой имеется подвижная тележка, что позволяет загружать и выгружать образцы на работающем реакторе.

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЦЭК РЕАКТОРА ПИК

Стартовая активная зона реактора ПИК объемом 51 л будет набрана из твэлов типа СМ-2 с высотой топливного слоя 500 мм. Зона, охлаждаемая легкой водой под давлением до 50 бар, отде лена от тяжеловодного отражателя сменным двойным корпусом из нержавеющей стали.

В центре зоны реактора установлена направляющая опорной решетки, внутри нее находится ЦЭК, заполненный водой. В обоих проектных вариантах он выполнен в виде трубки Фильда из 2 коаксиальных труб. Дно наружной трубы, изготовленной из циркониевого сплава Э-125 Ж 60x3 мм, расположено на 450 мм ниже средней плоскости зоны.

При облучении образцов расстояние от нижнего среза внутренней трубы до дна наружной трубы равняется 145 мм.

Рис. 1 Схема реактора ПИК
1 - направляющая опрорной решетки.
2 - активная зона, 3 - корпус реактора,
4 - бак отражателя, 5 - средняя плоскость зоны

Теплогидравлический контур ЦЭК отводит до 400 кВт тепла. Расход воды через ЦЭК под давлением 50 бар составляет до 6,5 м³/час. Тем пература воды на входе в ЦЭК равняется 50^оС, на выходе до 103^о С. Загрузка и выгрузка образцов в ЦЭК по варианту I проекта выполняется на остановленном реакторе после подъема внутренней трубы с образцами в крайнее верхнее положение. Для обеспечения загрузки и выгрузки образцов на работающем реакторе разработан вариант II с неподвижной внутренней трубой, в которой расположена подвижная тележка с образцами. Загрузка и выгрузка образцов производится в крайнем верхнем положении тележки. Схемы конструкции канала по вариантам I и II приведены на рис. З и 4.

Рис. 2 Схема расположения экспериментальных каналов реактора ПИК ЦЭК - центральный канал, ГЭК - горизонтальный экспериментальный канал, НЭК - наклонный экспериментальный канал, ВЭК - вертикальный экспериментальный канал, ИХН - источник холодных нейтронов, ИГН - источник горячих нейтронов

2.1. Радиационные характеристики ЦЭК в пределах активной зоны

Радиационные характеристики ЦЭК исследованы экспериментальным и расчетным методами.

На физической модели реактора ПИК (ФМ) активационным методом [4] были измерены плотности потока тепловых и быстрых нейтронов и скорость реакции деления ²³⁵U. Энерговыделение в конструкционных материалах было измерено ионизационными камерами Грея [5].

Энерговыделение в тонких образцах ²³⁵U (е_f t << 0,01) вычислено из результатов измерений скоростей реакции деления урана в зоне и в ЦЭК и из измерений плотности потока нейтронов в ЦЭК. Мощность ФМ была измерена двумя независимыми методами [6]. По программам ДОТ-3,5 [7], МСИ [8] и ТАУ [9] рассчитаны плотности потока тепловых и быстрых нейтронов, энерговыделение в конструкционных материалах и в легкой воде. Совпадение расчетных и экспериментальных данных в пределах погрешностей измерений по тепловым и по быстрым нейтронам [3,4] свидетельствует о надежности расчетных программ и возможности их использования для оперативных расчетов.

Плотности потока тепловых и быстрых нейтронов и энерговыделение в конструкционных материалах в ЦЭК на уровне средней плоскости зоны при выведенных регуляторах даны в табл. 1. В этой же таблице приведено энерговыделение в воде и в тонком образце урана-235. Спектр быстрых нейтронов в ЦЭК и в активной зоне в интервале энергии от 0,1 МэВ до 2,0 МэВ имеет экспоненциальную форму ехр (-bЕ), где b=0,66 МэВ^-1 [3,4].

Распределение плотности потока тепловых и быстрых нейтронов и энерговыделения в конструкционных материалах по высоте ЦЭК в пределах высоты зоны (500 мм) имеет косинусоидальную форму с удвоенной эффективной добавкой примерно 10 см. Кадмиевое отношение, измеренное по золотым фольгам толщиной 200мг/см² (е_f t= 0,06), в центре ЦЭК равняется 8.

Мощность физической модели была измерена с погрешностью 4%. Среднеквадратичная погрешность в измерении плотности потока тепловых и быстрых нейтронов составляет 5% и 15%, соответственно, в измерении энерговыделения в конструкционных материалах - 15%.

Максимальная плотность потока тепловых нейтронов в центре ЦЭК при выведенных регуляторах, измеренная на ФМ при таком же соотношении металл / вода, равном 0,2 (в ЦЭК), как и в реакторе ПИК, равна 4,2x10¹³ н/см²с·МВт [4].