Содержание >>
Реактор ПИК, Стр. 9

3. ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА НА КОНТУР ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ И НА КРИОГЕННУЮ СИСТЕМУ ОТ РАДИАЦИОННОГО ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ

Часть канала, где предполагается разместить камеру источника, находится в области пологого максимума потока тепловых нейтронов в тяжеловодном отражателе реактора. В замедлителе и материале источника, находящихся в поле нейтронного и гамма-излучения, выделяется значительное количество энергии. Величина энерговыделения зависит от рода замедлителя, от материала источника и от материала канала ГЭК4-4'. В качестве замедлителя могут применяться жидкий водород или жидкий дейтерий. Источник и канал могут быть изготовлены из алюминиевого или циркониевого сплавов. Произведены оценки тепловой нагрузки на контур естественной циркуляции и на криогенную систему. Результаты оценок приведены в таблице 1.

Водородный источник имеет объем камеры 1,4 л. Камера изготавливается из алюминиевого сплава с толщиной стенки dст = 2 мм или из циркониевого сплава с толщиной стенки dст = 1 мм. Снаружи камеру и подходящие к ней трубопроводы окружает гелиевый чехол из аналогичного материала с такими же толщинами стенок. В зазоре между камерой и чехлом циркулирует холодный гелий.

Дейтериевый источник имеет объем камеры 4,2 л. При оценке энерговыделения в дейтериевом источнике принимались те же толщины материала камеры и чехла, что и для водородного источника. Однако, из соображений прочности толщины стенок могут быть увеличены. Таким образом, для дейтериевого источника в таблице 1 приведены нижние оценки тепловой нагрузки. Тепловая нагрузка на контур и на криогенную систему будет минимальной в том случае, когда камера изготавливается из алюминиевого сплава, а канал - из циркониевого. При выборе одного из вариантов, представленных в таблице 1, приходится учитывать два момента. Первый связан с существующими трудностями изготовления канала диаметром 20 см из циркония. Второй момент заключается в использовании для отвода тепла от источника криогенной установки мощностью 6 кВт на температурном уровне 20 К.

Таблица 1

 

Источник с жидким водородом, V=1,4 л

Источник с жидким дейтерием, V = 4,2 л

Материал: камеры канала

Al

Zr
Al
Zr

Al

Zr
Al
Zr
Al
Zr
Zr
Al
Al
Zr
Zr
Al
Тепловая нагрузка на контур, кВт
3,3
3,3
2,9
3,6
4,0
3,0
3,2
3,7
Тепловая нагрузка на криогенную систему, кВт
5,3
5,7
4,6
6,1
5,7
5,0
4,6
5,9

Энерговыделение в жидком водороде вызвано замедлением в нем быстрых нейтронов (Е > 1,2 МэВ), g-квантами активной зоны, возникающими при захвате нейтронов g-квантами из материала камеры и чехла, g-квантами канала, электронами из алюминия и g-квантами самого водорода. Суммарная величина энерговыделения в водороде, расположенном в камере (V = 1,4 л), составляет 0,9 кВт. Энерговыделения в водороде, находящемся в подводящей (V = 1,25 л) и отво-дящей (V = 1,25 л) трубках, одинаковы и в сумме составляют 0,4 кВт. Более низкое энерговыделение в трубках объясняется снижением потока быстрых нейтронов и g-квантов по длине канала при удалении от активной зоны.

Энерговыделение в конструкции источника из алюминиевого сплава вызвано g-квантами активной зоны, возникающими при захвате нейтронов g-квантами водорода, g-квантами самой конструкции и канала, электронами из алюминия.

Энерговыделение в стенках камеры составляет 1,4 кВт, в стенках двух водородных трубок - 0,6 кВт. В материале чехла камеры выделяется также примерно 1,4 кВт и в чехлах труб - 0,6 кВт.

Полная тепловая нагрузка от радиационного энерговыделения на криогенную систему составляет 5,3 кВт.

Максимальная тепловая нагрузка на контур естественной циркуляции водорода будет складываться из тепловыделений в водороде и в стенках камеры и труб и составит 3,3 кВт. Тепловая нагрузка на гелий, циркулирующий в чехле камеры, составит примерно 2,0 кВт.

В случае жидкодейтериевого источника с алюминиевой камерой увеличиваются количество замедлителя в камере до 4,2 л и масса конструкционного материала, но снижается тепловыделение от g-квантов, возникающих в водороде. В случае алюминиевого канала максимальная тепловая нагрузка на контур естественной циркуляции составит 4,0 кВт при полной нагрузке на криогенную систему от радиационного энерговыделения в 5,7 кВт.

Необходимо отметить, что энерговыделение в источнике будет зависеть от ряда факторов, которые трудно оценить. Этими факторами являются: величина неравномерности нейтронных потоков в активной зоне, концентрация поглотителя в жидкостном регуляторе, положение стержней в отражателе. Влияние указанных факторов может привести к изменению энерговыделения в 1,5 раза.

4. ПРИНЦИП ОХЛАЖДЕНИЯ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ

При небольших объемах источника и относительно низком энерговыделении в замедлителе наиболее просто реализуется вариант охлаждения непосредственно в источнике. Именно таким образом была решена задача на первом жидководородном источнике ультрахолодных нейтронов реактора ВВР-М при уровне удельного энерговыделения в металле
qg = 0,3 Вт/г и в водороде qH2 = 8 Вт/г. Повидимому, в данном случае были продемонстрированы предельные возможности метода камеры-теплообменника.

Для объемных дейтериевых замедлителей с низким удельным и достаточно большим суммарным энерговыделением обычно используют систему с кипящим в камере дейтерием и теплообменником-конденсатором, который располагается выше камеры замедлителя. Выкипающий дейтерий конденсируется в теплообменнике и вновь стекает в камеру. Такой источник существует в ИЛЛ (Гренобль). Он содержит 20 л жидкого дейтерия. Полная тепловая нагрузка на этом источнике составляет около 6 кВт.

 

 

<<предыдущаястр. 9
следующая>>