1 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научный центрРоссийской Федерации НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ А.В.Алексеев, И.В.Киселева, В.Н.Шулимов Методика и некоторые результаты испытания твэлов ВВЭР с высоким выгоранием топлива в реакторе МИР при параметрах проектной RIA

2 Основные задачи эксперимента В докладе рассматривается методика и некоторые результаты проведения интегрального реакторного эксперимента, в котором реализуется испытание твэлов ВВЭР-1000 с высоким выгоранием топлива. Эксперимент проводится в канале реактора МИР при работе на постоянной мощности. Стартовое состояние экспериментальных твэлов перед импульсом нейтронной мощности определяется условиями работы твэлов ВВЭР-1000 при работе реактора на номинальной мощности. Параметры импульса мощности – расчётные для проектной аварии с возрастанием реактивности. - изучение поведения твэлов ВВЭР-1000 в условиях проектной реактивностной аварии при бескризисном охлаждении ТВС; - получение данных для использования в кодах для расчёта термомеханики твэлов с целью их улучшения и верификации.

3 Параметры, подлежащие моделированию. Технологические параметры первого контура ВВЭР-1000 давление в первом контуре15,7МПа температура теплоносителядо 310 о С скорость теплоносителядо 6 м с начальная мощность энерговыделениядо 250 Вт см Параметры импульса нейтронной мощности Скорость нарастания импульса0,5 – 1,0с Амплитуда импульса3,5 - 4 Полуширина импульса1,5-2с Начальная энтальпия топлива60 -70кал/г Увеличение энтальпии топливадо 100 кал/г. Форма импульса нейтронной мощноститреугольная (или трапецеидальная)

4 Схема облучательного устройства 1 – корпус канала; 2 –гидропривод; 3 – твэлы; 4 – детектор прямого заряда; 5 – подвижные экраны 6 -разделитель; 7 – ТЭП в центре топливного сердечника, 8 – ТЭП на оболочке; 9 – ТЭП в теплоносителе Экспериментальная ТВС представляет собой 3-х элементный фрагмент ТВС ВВЭР-1000, что создает аналогичные условия охлаждения твэлов. При использовании в экспериментальной ТВС цилиндрического чехла применено профилирование площади проходного сечения граничных и угловых проходных ячеек путем установки вытеснителей. ТВС содержит два твэла с выгоревшим и один твэл со свежим топливом. Общая длина твэлов составляет 250 мм при длине топливного столба 200 мм. Для гидродинамической стабилизации потока теплоносителя к нижнему торцу предварительно загерметизированного твэла приварены трубки.

5 Схема облучательного устройства Поглощающие экран и пластины из гафния для компенсации положительной реактивности конструктивно объединены в одно экранирующее устройство, которое выполнено в виде трубы с закрепленными на ней пластинами из гафния. Размеры пластин и координаты их установки определяются расчетом. Для перемещения экранирующего устройства в осевом направлении применен гидропривод с использованием потенциальной энергии среды в канале (статическое давление), что обеспечивает его высокую энерговооруженность. Пуск гидропривода осуществляется путем соединения камеры над поршнем гидроцилиндра привода с атмосферой через дроссель с расчетным сопротивлением. Система пуска гидропривода расположена за пределами канала. Экранирующее устройство возвращается в исходное положение под действием собственной массы.

6 Форма импульса в реакторе МИР Время выдержки на постоянной мощности Время выдержки на постоянной мощности

7 Форма нейтронного импульса в целом для твэла (а) и одного сечения (б): БИГР(1); МИР (2), с выбросом ОР СУЗ ВВЭР-1000(3), АРК ВВЭР-440(4) Температура в центре топливного сердечника (а) и средняя по радиусу энтальпия выгоревшего твэла (б): при выбросе ОР СУЗ ВВЭР-1000 (1), эксперимент в реакторе МИР при стартовой линейной мощности 250 Вт/см, амплитуде импульса 3,25, времени выдержки на максимальной мощности 0 с (2) и 0,5 с (3), начальной линейной мощности 220 Вт/см и времени выдержки на максимальной мощности 0 с (4)

8 Алгоритм проведения эксперимента вывод реактора на мощность, необходимую для достижения заданной линейной мощности на твэлах, работа реактора на стационарной мощности в течение заданного времени, реализация импульса в канале, останов реактора в расчетное время. Останов реактора осуществляется системой аварийной защиты реактора по штатной схеме или по заданному закону, расхолаживание твэлов в течение расчетного времени.

9 технологические параметры первого контура петлевой установки: давление, расход теплоносителя, температура теплоносителя в различных точках; параметры твэлов и экспериментальной ТВС : температура центра топливного сердечника каждого твэла, показания двух термоэлектрических преобразователей, установленных на оболочке твэла со свежим топливом, температура теплоносителя в четырех точках по высоте ТВС, относительная мощность энерговыделения с помощью малоинерционного детектора прямого заряда с эмиттером из гафния. При импульсе параметры твэлов и ТВС фиксируются с частотой 100 Гц. В процессе эксперимента измеряются:

10 Схема размещения инструментованных твэлов в ОУ Ячейка 1 – «свежий» твэл Ячейка 2 – рефабрикованный твэл 1 Ячейка 3 – рефабрикованный твэл 2

11 Распределение энерговыделения по высоте топливного сердечника выгоревшего твэла (выгорание 50 МВт сут/кг U) для различных положений экрана

12 Технологические параметры первого контура ПУ в период проведения эксперимента.

13 Температура теплоносителя на выходе из ЭТВС(Т7). Показания ТЭП, установленных внутри топливного сердечника : Т1,Т5- рефабрикованные твэлы 1,2 ; Т4 – твэл со «свежим» топливом. Показания ДПЗ.

14 Динамика изменения показаний ДПЗ и давления в линии слива на втором этапе эксперимента.Начало отсчета 0 – :48:24

15 Показания ТЭП установленных внутри топливного сердечника Показания ДПЗ на втором этапе эксперимента. Начало отсчета 0 – :48:24 Показания ТЭП установленных внутри топливного сердечника : Т1,Т5- рефабрикованные твэлы 1,2 ; Т4 – твэл со «свежим» топливом.

16 Опыт обработки результатов показывает, что представленная совокупность средств измерения достаточна для расчетно-экспериментального определения условий испытания, необходимых для описания состояния твэлов. Относительно невысокая скорость перемещения экранирующего устройства и связанная с этим небольшая (по сравнению с расчётным прогнозом для ВВЭР-1000) скорость перемещения фронта импульса мощности приводит к неодинаковости условий испытания различных высотных участков твэла. Учитывая незначительное влияние различных высотных участков друг на друга, в данном случае в качестве расчётного возможно рассматривать короткий твэл (часть экспериментального твэла), для которого условия испытания принимаются одинаковыми. Для короткого твэла соответствующим образом уменьшается общее время нарастания мощности. Уменьшением длины расчётного участка твэла можно получить импульс мощности, характерный для ВВЭР-1000, без увеличения скорости перемещения ЭУ. С учётом отличия условий испытания различных высотных участков экспериментального твэла (скорость движения экранирующего устройства относительно невелика) предложено в качестве расчётных использовать укороченные модели твэлов. Для участков твэлов, длиной 50мм, расположенных на различных высотных отметках твэла, определены основные параметры испытания.

17 Результаты расчета энтальпии топливного сердечника твэла с выгоревшим топливом для укороченных расчетных участков 50 мм (нумерация от низа топливного сердечника)

18 Выводы: Разработанная методика позволяет получить в эксперименте линейную мощность твэлов и параметры импульса, соответствующие расчетным значениям для проектной аварии. Все основные параметры и характеристики предложенной методики подтверждены экспериментально. Разработанные методика и методология проведения динамических экспериментов на реакторе МИР значительно повышают его возможности для реакторной отработки твэлов ВВЭР. Подготовка и проведение эксперимента были осуществлены при непосредственном участии специалистов ВНИИНМ. Авторы выражают благодарность специалистам ВНИИНМ Нечаевой О.А., Салатову А.В. и др. за обсуждение проблемы на этапе формулирования задачи, реализации эксперимента и обработки результатов.