В НИЯУ МИФИ завершается разработка установки для неразрушающего контроля содержания урана в инновационных топливных компактах для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР) для атомной энерготехнологической станции. Проект ведет научная группа под руководством доцента Татьяны Борисовны Алеевой.
Реактор ВТГР мощностью 200 МВт предназначен для производства высокотемпературного тепла (температура гелия на выходе достигает 850 °C), которое будет использоваться для крупномасштабного синтеза водорода. В настоящее время реактор находится на стадии разработки, но топливные элементы для него уже разработаны. Эти элементы представляют собой уникальные графитовые цилиндры высотой 5 см и диаметром 12,5 мм, внутри которых размещены микротвэлы. Микротвэлы – это шарики с ядрами из диоксида урана, заключенные в многослойную керамическую оболочку.
«Одна из наших основных задач – точно определить количество урана в каждой партии компактов. Производство топлива – это сложный и многоэтапный инновационный процесс, который включает в себя множество переменных. В одном компакте может содержаться около четырех тысяч микротвэлов диаметром менее одного миллиметра. Возможны отклонения в количестве микротвэлов или содержании урана в них, не говоря уже о разнице в уровне обогащения урана, который может не совпадать с заявленным», – отмечает Татьяна Алеева.
Установка МИФИ основана на активном нейтронном методе. Облучаемая партия компактов подвергается воздействию внешнего источника нейтронов, вызывающих деление урана. Регистрация нейтронов позволяет определить количество урана. Для создания потока нейтронов используется графитовый куб массой 3 тонны с плутоний-бериллиевым источником, излучающим нейтроны с энергией около 4,5 МэВ. Нейтроны замедляются в графите и попадают в измерительную полость для реакции деления.
Для регистрации быстрых нейтронов над графитовым кубом размещен блок детектирования с гелиевыми счетчиками в полиэтиленовом замедлителе. Между кубом и блоком установлен кадмиевый экран, поглощающий тепловые нейтроны. Это снижает фон и улучшает соотношение сигнала к фоновым шумам.
Исследователь поясняет: «В наших экспериментах все измерения относительные. Мы сравниваем отклик с проверенным стандартом. Если наш отклик меньше, значит, урана недостаточно».
Татьяна Алеева отмечает, что самым сложным при конструировании было выбрать материалы, геометрию и источник для измерительной системы. Проводились нейтронно-физические расчеты и эксперименты.
Уникальные микротвэлы требуют высокочувствительных и точных измерительных систем. Разработанная в МИФИ установка контролирует содержание урана в топливных компактах перед их помещением в ТВС для реактора ВТГР.
Источник: НИЯУ МИФИ
распечатать статью
