CZ34276U1 - Ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích - Google Patents

Description

Ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích

Oblast techniky

Technické řešení se týká ozařovacího kanálu pro ozařování vzorků vysokými neutronovými toky v experimentálním jaderném reaktoru umožňujícím realizaci experimentu v oblasti paliva, kdy kanál nahrazuje regulační orgán. Vzorky jsou ve formě trubiček s rozměrem odpovídajícím např. povlakům palivových tyčí tlakovodních reaktorů

Dosavadní stav techniky

Dosud není známo použití kompaktního instrumentovaného ozařovacího kanálu pro ozařování vzorků ve formě trubiček neutronovými fluencemi rychlých neutronů nad 1 MeV, jaké je možné dosáhnout pouze v oblasti umístění palivových článků v aktivní zóně experimentálního jaderného reaktoru s možností řízení teplot na vzorcích v rozmezí 200 °C až 600 °C a s možností vnitřního přetlaku ve vzorcích. Současně používané kanály nebo pouzdra neumožňují kombinaci možnosti dosažení vysokých teplot a vysokých neutronových fluencí v kratším čase, řízení teplot v průběhu ozařovací kampaně a případně i řízení tlaku v průběhu ozařovací kampaně.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá vtom, že se skládá z těla ozařovacího kanálu s válcovými otvory pro umístění sestavy vzorků. Do spodní části hliníkového těla je přiváděna směs inertních plynů, kterou je možné kontrolovat teploty ve vzorcích. Směs plynů je odváděna horní částí kanálu. Vnější povrch těla kanálu je opatřen žebrováním pro zvýšení teplosměnné plochy a je obtékán chladivém reaktoru, čímž je dosaženo intenzivního odvodu tepla generovaného v materiálech kanálu a ve vzorcích.

Do jednotlivých otvorů kanálu je možné vložit sestavu vzorků. Vzorky jsou ve formě trubiček o délce přibližně 100 mm a průměru do 11 mm. Každá sestava se skládá ze čtyř sériově zapojených a vzájemně propojených vzorků. Celkem je kanál schopný pojmout čtyři sestavy vzorků, tj. celkem 16 vzorků ve formě trubičky. Jednotlivé vzorky je možné separátně natlakovat na požadovaný tlak a uzavřít, nebo lze jejich vnitřní prostory propojit a kontrolovat tak tlak v celé sestavě vzorků. V takovém případě je do každé sestavy přiváděn inertní plyn.

Řízení teploty ve vzorcích je prováděno změnou koncentrace směsi plynů v prostoru mezi vzorky a vnějším tělem kanálu. Zvoleny jsou plyny s různou tepelnou vodivostí, které jsou zároveň kompatibilní s prostředím jaderného reaktoru (dochází k nízké aktivaci při průchodu aktivní zónou). V případě potřeby dosažení nižší teplotní hladiny se do kanálu přivádí pouze plyn s vyšší vodivostí. V případě potřeby zvyšování teploty vzorků se ve směsi zvyšuje koncentrace plynu s nižší vodivostí, čímž se zvyšuje konduktivní tepelný odpor mezi vzorky a vnějším povrchem kanálu. Teplotní pole ve vzorcích je rovněž ovlivněno konstrukcí vzorků, respektive konstrukcí vložky generující gama ohřev, která se vkládá do jednotlivých vzorků. To lze využít především v případě potřeby vyšších teplotních hladin. Teplotní hladinu lze pak ovlivnit tvarem a použitým materiálem vložky. Pomocí tvarování vložek lze rovněž upravit teplotní pole v jednotlivých vzorcích sestavy a například tak kompenzovat nerovnoměrný profil gama ohřev po výšce aktivní zóny.

Řešení umožňuje řízení teploty vzorků v průběhu ozařování v rozmezí 200 až 600 °C a řízení vnitřního přetlaku ve vzorcích pro umožnění experimentálního hodnocení degradace vzorků vlivem kombinace přetlaku a ozařování.

- 1 CZ 34276 U1

Objasnění výkresů

Technické řešení je objasněno na výkresech, kde obr. 1 je pohled v řezu po výšce ozařovacího kanálu; obr. 2 je příčný řez kanálem; obr. 3 je pohled v řezu na detail vzorku; a obr. 4 je pohled na sestavu vzorků.

Příklady uskutečnění technického řešení

Ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích sestává z těla 1 kanálu z hliníkové slitiny, které je opatřeno čtyřmi válcovými otvory pro umístění vzorků. Z vnější strany je kanál opatřen žebrováním pro zvýšení teplosměnné plochy. Středem těla 1 kanálu prochází další otvor, kterým je do spodní části přiváděna směs plynů. Spodní část kanálu je zaslepena dnem 2 kanálu. Směs plynů je z kanálu odváděna skrz hlavu 3 kanálu. Hlava 3 kanálu rovněž slouží k zajištění axiální pozice sestavy vzorků. Koncentrace složek směsi plynů je dle aktuální potřeby míchána v pomocném systému plynového hospodářství mimo kanál a do kanálu je přiváděna již požadovaná směs. Sestava vzorků 4 je složena až ze čtyř vzorků 4 ve formě trubičky o průměru do 11 mm. Každý vzorek 4 je zaslepen spodním víčkem 5 a dovnitř je vložena vložka 6 pro gama ohřev definovaná tvarem a materiálem dle požadovaného teplotního pole. Vzorek je natlakován a uzavřen horním víčkem 7, které je opatřeno závitem pro propojení s ostatními vzorky prostřednictvím spojky 8. Spojky 8 jsou opatřeny keramickými kuličkami 9, které slouží k zajištění vystředění sestavy vzorků 4 v otvorech kanálu. K hornímu vzorku 4 v každé sestavě je připojena kapilára 10. kterou je do vzorku 4 přivedeno teplotní čidlo a která slouží k manipulaci se sestavou vzorků 4. Do kanálu lze umístit čtyři sestavy vzorků 4.

Po montáži ozařovacího kanálu je celá sestava zavezena do palivového souboru reaktoru. Kanál je následně propojen s přívodem plynu a zapojí se teplotní čidla. Po najetí reaktoru na výkon již probíhá řízená simulace degradace vzorků včetně sběru dat měřených teplot. Po dosažení požadované doby ozařování jsou ze sondy vytahovány jednotlivé sestavy vzorků 4. Ty jsou následně transportovány do horkých komor, kde jsou jednotlivé vzorky 4 podrobeny hodnocení degradace materiálů kombinací vlivů teplot, tlaků a radiace.

Průmyslová využitelnost

Ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích podle tohoto technického řešení je možno využít ve výzkumných jaderných reaktorech s palivovými soubory s možností nahrazení regulačních nebo vymezujících prvků v jejich středu. Zařízení se využije pro výzkum nebo testování degradace materiálů vlivem kombinace vysokých teplot, tlaků a radiace.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích, vyznačující se tím, že sestává z těla (1) kanálu zaslepeného dnem (2) a uzavřeného hlavou (3) pro zajištění polohy vzorků (4) a pojmutí několika sad vzorků (4) ve formě trubiček, které jsou opatřeny vložkou (6) generující gama ohřev pro zajištění požadované teploty a uzavřené horním víčkem (7) a spodním víčkem (5) a propojené pomocí spojek (8) a opatřené středícími kuličkami (9) a horní kapilárou (10) pro manipulaci a přívod teplotního čidla.

   -2 CZ 34276 U1
2. 2. Ozařovací kanál s řízením teploty a vnitřním přetlakem ve vzorcích dle nároku 1, vyznačující se tím, že všechny vzorky (4) v rámci jedné sady jsou hydraulicky propojeny průchozí trubičkou a horní kapilára (10) je propojena na přívod plynu o definovaném tlaku, který je možné v průběhu ozařování řídit.