RU2492538C1 - Шариковый холодный замедлитель нейтронов - Google Patents
Шариковый холодный замедлитель нейтронов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2492538C1 RU2492538C1 RU2012107749/07A RU2012107749A RU2492538C1 RU 2492538 C1 RU2492538 C1 RU 2492538C1 RU 2012107749/07 A RU2012107749/07 A RU 2012107749/07A RU 2012107749 A RU2012107749 A RU 2012107749A RU 2492538 C1 RU2492538 C1 RU 2492538C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- balls
- chamber
- moderator
- neutron
- funnel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к средствам обеспечения нужного спектра нейтронов в пучках исследовательских реакторов или нейтронно-производящих мишеней ускорителей. В заявленном устройстве шнековый узел заменятся воронкой с отводной трубкой специальной формы, помещенной в нижней торцевой части камеры замедлителя и обеспечивающей квазиравномерный выброс шариков под действием гравитации. Средняя частота выброса шариков определяется диаметром и длиной горловины воронки и углом наклона ее к горизонту. Техническим результатом является упрощение конструкции узла за счет непрерывного удаления отработавших шариков из камеры замедлителя и повышения его надежности и срока эксплуатации. 2 ил.
Description
Изобретение относится к замедлителям нейтронов на исследовательских реакторах и нейтронно-производящих мишенях ускорителей и предназначено для получения во внешних пучках нейтронов низкой энергии (холодных нейтронов). В большинстве случаев действующим веществом холодных замедлителей являются водородосодержащие вещества в жидкой фазе, но для достижения низких температур используют вещества в твердой фазе (метан, ароматические углеводороды, твердый дейтерий). Твердые водородосодержащие вещества подвержены сильному радиационному разложению под действием быстрых нейтронов источника, с сопутствующими нежелательными эффектами. Поэтому вещество замедлителя необходимо периодически заменять свежим, при этом работу источника нейтронов приходится приостанавливать, если замена производится одновременно во всей камере замедлителя. Диспергированная, шариковая структура рабочего вещества холодного замедлителя нейтронов дает возможность непрерывной смены замедляющего нейтроны вещества и позволяет использовать замедлитель неограниченно долго в отличие от традиционных замедлителей.
Известен шариковый холодный замедлитель нейтронов с непрерывной сменой твердых шариков метана, состоящий из криогенной камеры замедлителя, расположенной вблизи интенсивного источника быстрых нейтронов - нейтронопроизводящей мишени ускорителя, тракта непрерывной подачи свежих твердых шариков метана в камеру, узла удаления отработавших шариков из камеры и системы регенерации метана и производства шариков, описанный в работе А.Т. Lucas, G.S. Bauer, C.D. Sulfredge, A pelletized solid methane moderator for a medium-to-high power neutron source, Proc. of the 13th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources, ICANS XIII, Villigen, Switzerland, November 1995, публикация: G.S. Bauer, R. Bercher (Eds.), Paul Scherrer Institut Proceedings 95-02, vol. II, 1996, p.644-652.
Схема этого известного замедлителя представлена в приложении, где 1 - камера замедлителя, 2 - тракт подачи свежих шариков из генератора шариков, 3, 4 - узел удаления отработанных шариков, выполненный в виде шнека.
Недостаток этого устройства - наличие механического активного узла вращающегося шнека. Это определяет ненадежность шнекового узла из-за его работы в условиях сильных полей быстрых нейтронов и низкой температуры (20-40 К), и затрудненный доступ для его профилактики, ремонта или замены. Выход из строя шнекового узла будет приводить, скорее всего, к полной замене камеры замедлителя с прилегающими частями тракта подачи и отбора шариков.
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить высокую надежность работы узла отбора отработавших шариков с сохранением непрерывности и периодичности (или квазипериодичности) выброса шариков из камеры.
Поставленная задача решается тем, что в шариковом холодном замедлителе нейтронов, включающем криогенную камеру замедлителя, расположенную вблизи интенсивного источника быстрых нейтронов' (например, исследовательского ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя), генератор «свежих» твердых шариков замедляющего нейтроны вещества, тракт непрерывной подачи свежих твердых шариков в камеру и узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры, узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры выполнен в виде воронки с отводной изогнутой трубкой в нижней торцевой части камеры замедлителя, при этом размеры и форма воронки и отводной трубки определяются расчетными методами математического моделирования из условия обеспечения нужной средней скорости выброса шариков с последующим экспериментальным подтверждением.
Принципиальная схема конструкции предлагаемого узла непрерывного удаления отработанных твердых шариков приведена на рис. 1, где 1 - цилиндрический участок (отсек камеры замедлителя), 2 - воронка, 3 - прямая часть отводной трубки, 4 - изогнутая часть трубки, 5 - наклонная восходящая часть трубки, α - угол наклона восходящей части отводной трубки.
Принцип работы предлагаемого узла непрерывного удаления отработанных твердых шариков таков. В камере холодного замедлителя шарики замедляющего вещества (мезитилен, метан) заполняют отсеки камеры замедлителя до определенной высоты. Под действием гравитации и динамического напора потока охлаждающего гелия через конусный и трубный участок узла отбора они удаляются из камеры с установленной частотой, и с такой же частотой в камеру подсыпают «свежие» шарики (принцип подачи шариков в камеру может быть таким же или иным; это не является задачей данной работы) с тем, чтобы высота засыпки оставалась постоянной. При этом диаметр выпускной трубки должен быть выбран таким, чтобы не возникали заторы в движении шариков. После прохождения прямой части трубки шарики испытывают постепенно увеличивающееся сопротивление в изогнутой части трубки, а потом в ходе прохождения наклонной части трубки сопротивление становится максимальным. Таким образом, выбором высоты подъема и длины наклонной части трубки можно достигнуть динамического равновесия между сопротивлением шариков и гравитационной нагрузкой от всех шариков, заполняющих отсек камеры. При этом, очевидно, средний расход шариков достигнет стабильного, требуемого значения.
Для шариков твердого метана диаметром 4 мм, извлекаемых со средней частотой 1 шарик/с, приведенные на рисунке 1 размеры, рассчитанные по программе PCF, должны быть примерно такими, как в Таблице 1. Подробное изложение методики расчета см. в Приложении 2.
Таблица 1 | |
Параметры узла отбора шариков | Размер, мм |
Минимум внутренний диаметр выпускной трубки | 13 мм |
Высота конусного участки (L1) | 50 мм |
Высота прямой части выпускной трубки (L2) | 30 мм |
Радиус части изогнутой выпускной трубки(R) | 70 мм |
Горизонтальная проекция длины части наклонной трубки (L3) | 90 мм |
Вертикальная проекция длины части наклонной трубки (Н) | 19 мм |
Угол наклона выпускной трубки (α) | α≈12° |
Принципиальная схема предлагаемого шарикового холодного замедлителя нейтронов с непрерывной сменой твердых шариков метана дана на рис. 2, где 1 - источник быстрых нейтронов, 2 - водяной предзамедлитель, 3 - камера холодного замедлителя, 4 - пневмотракт подачи свежих шариков метана в камеру, 5 - генератор твердых шариков метана, 6 - магистраль подачи жидкого метана, 7 - ожижитель газообразного очищенного метана, 8 - обогащающая камера, 9 - нагревательный блок, 10 - тракт сброса отработанных шариков, 11 - холодная ловушка радиолитического водорода, 12 - гелиевая газодувка, 13 - узел дозированного отбора отработанных шариков из камеры.
Установка работает следующим образом. Из генератора шариков твердого метана 5 (его принцип и конструкция здесь не описываются) с определенной частотой шарики подаются по пневмотракту 4 движущимся холодным газом гелия 20-30 К в верхнюю часть камеры замедлителя 3, непосредственно примыкающей к источнику нейтронов 1 и водяному предзамедлителю 2. Температура гелия поддерживается холодильной гелиевой машиной (в схеме не показана) через теплообменник 11. К плоскому донышку прямоугольной или овальной в горизонтальном сечении камеры примыкают несколько (3- 5) воронок конической формы с отводными трубками - узел отбора 13 (см. также рис. 1). Шарики, высыпающиеся из отводных трубок с частотой, равной частоте подачи «свежих» шариков, по общей трубе 10 попадают в нагревательный блок 9 с температурой 90-100 К, который служит сепаратором радиолитического водорода. Из блока 9 газообразный водород и гелий прокачиваются через гелиевый ожижитель водорода 11, который одновременно является теплообменником между гелием холодильной машины и гелием пневмотранспортного контура шариков метана. Охлажденный гелий прогоняется через тракт подачи шариков и камеру замедлителя газодувкой-циркулятором 12. Жидкий метан с более тяжелыми продуктами его разложения из бункера 9 переливается в обогащающую камеру 8 с температурой более 120 К, где отогнанный газообразный метан после ожижения жидким азотом 7 возвращается в генератор 5 по трубке 6. Цикл повторяется.
Надежность продолжительной работы такого замедлителя обеспечивается отсутствием движущихся механических частей в зоне сильной радиации, и наличием нескольких отборных воронок - в случае блокировки шариков в одной или двух отборных трубках шарики будут продолжать сбрасываться из других, а работоспособность первых легко восстанавливается путем подогрева трубок до температуры плавления метана (на трубках можно предусмотреть электрические нагреватели).
Литература
1. K.D. Wilkinson, A.T. Lucas, A combined H2/CH4 cold moderator for a short-pulsed neutron source. Proceedings of the 10th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS X), Institute of Physics Conference Series Number 97, Los Alamos National laboratory. Institute of Physics, October 1988, p.559.
2. H. Stelzer, H. Bamert-Wiemer and N.Bayer. J.Neutron Res., 11 1-2 (2003), p.99. Full Text via CrossRef.
3. G.S. Bauer. Pulsed Neutron Source Cold Moderators: Concepts, Design and Engineering. In: Proc. of International Workshop on Cold Moderators for Pulsed Neutron Sources. ANL, USA, Sept. 29 - Oct. 1997. Edition of OECD. 1998, pp.27-42.
4. Shabalin, E.P., et al., Pelletized Cold Neutron Moderators for the IBR-2M reactor. In: Proc. of the 6th International Workshop on UCN&CN Physics and Sources, S. Petersburg-Moscow, 1-7 July 2007: http://cns.pnpi.spb.ru/ucn/articles/Shabalin.pdf.
5. Kulikov, S.A., Shabalin, E.P. «New Complex of Moderators for Condensed Matter Research at the IBR-2M Reactor». Rom. Journ. Phys., Vol. 54, No 3-4, pp.361-367, Bucharest, 2009.
6. Kulikov, S.A., et al., R&D of productive pelletized cold neutron moderators (status), Proc. of the Second Research Co-cordination Meeting, IAEA, Kuala Lumpur, Malaysia, p. 171-175, 2009.
7. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2010, Vol. 7, No. 1, pp.57-60.
Claims (1)
- Шариковый холодный замедлитель нейтронов, включающий криогенную камеру замедлителя, расположенную вблизи интенсивного источника быстрых нейтронов, например, исследовательского ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя, генератор «свежих» твердых шариков замедляющего нейтроны вещества, тракт непрерывной подачи свежих твердых шариков в камеру и узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры, отличающийся тем, что узел непрерывного удаления отработавших шариков из камеры выполнен в виде воронки с отводной изогнутой трубкой в нижней торцевой части камеры замедлителя, при этом размеры и форма воронки и отводной трубки определяются расчетными методами математического моделирования из условия обеспечения нужной средней скорости выброса шариков с последующим экспериментальным подтверждением.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107749/07A RU2492538C1 (ru) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | Шариковый холодный замедлитель нейтронов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012107749/07A RU2492538C1 (ru) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | Шариковый холодный замедлитель нейтронов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2492538C1 true RU2492538C1 (ru) | 2013-09-10 |
Family
ID=49165018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012107749/07A RU2492538C1 (ru) | 2012-02-29 | 2012-02-29 | Шариковый холодный замедлитель нейтронов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2492538C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2793964C1 (ru) * | 2022-07-25 | 2023-04-11 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для детектирования твердых фрагментов сферической формы шарикового холодного замедлителя нейтронов |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU20U1 (ru) * | 1992-10-23 | 1994-06-25 | Александр Андреевич Прохоров | Жидкостно-кольцевая машина |
JP2008096405A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置 |
RU2012106244A (ru) * | 2012-02-21 | 2013-08-27 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Криогенный дозатор шариков для холодного замедлителя нейтронов |
-
2012
- 2012-02-29 RU RU2012107749/07A patent/RU2492538C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU20U1 (ru) * | 1992-10-23 | 1994-06-25 | Александр Андреевич Прохоров | Жидкостно-кольцевая машина |
JP2008096405A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 中性子モデレータ及び中性子照射方法並びに危険物質検出装置 |
RU2012106244A (ru) * | 2012-02-21 | 2013-08-27 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Криогенный дозатор шариков для холодного замедлителя нейтронов |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2793964C1 (ru) * | 2022-07-25 | 2023-04-11 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для детектирования твердых фрагментов сферической формы шарикового холодного замедлителя нейтронов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230162878A1 (en) | Retrofit for fission reactor | |
Jiang et al. | Experimental and numerical validation of a two-region-designed pebble bed reactor with dynamic core | |
US20180322963A1 (en) | Helium generator | |
Sonato et al. | Status of PRIMA, the test facility for ITER neutral beam injectors | |
US20170352435A1 (en) | Tabletop reactor | |
US10274225B2 (en) | Water heater | |
Frei et al. | First production of ultracold neutrons with a solid deuterium source at the pulsed reactor TRIGA Mainz⋆ | |
US20120033775A1 (en) | Method and apparatus for intermediate controlled fusion processes | |
JP2014508289A (ja) | 負荷追従およびトリチウム生成用の調整可能な核融合ブランケット | |
RU2492538C1 (ru) | Шариковый холодный замедлитель нейтронов | |
Yang et al. | Experimental investigation on feasibility of two-region-designed pebble-bed high-temperature gas-cooled reactor | |
Baudis et al. | Design and construction of Xenoscope—a full-scale vertical demonstrator for the DARWIN observatory | |
JP2021185375A (ja) | 炉心溶融物保持構造および原子炉格納容器 | |
Korobkina et al. | Ultracold neutron source at the PULSTAR reactor: Engineering design and cryogenic testing | |
Fomin et al. | Experiment on search for neutron–antineutron oscillations using a projected UCN source at the WWR-M reactor | |
US10170211B2 (en) | System and method for collecting 3He gas from heavy water nuclear reactors | |
Cui et al. | Temperature control for spallation target in accelerator driven system | |
Serebrov et al. | High-density ultracold neutron sources for the WWR-M and PIK reactors | |
Li et al. | Neutronics analysis of uranium compounds spallation target using Monte Carlo simulation | |
US20080112528A1 (en) | Chemonuclear Fusion Reaction Generating Method and Chemonuclear Fusion Energy Generating Apparatus | |
Naik et al. | Mass distribution in the quasi-mono-energetic neutron-induced fission of 232Th | |
Schaeffer et al. | The cryostat of the CUORE Project, a 1-ton scale cryogenic experiment for Neutrinoless Double Beta Decay Research | |
Li et al. | Effect of feeder inner structure on feeding performance for absorber sphere pneumatic conveying | |
Höpfl | Modification and characterization of ASDEX Upgrade's room-temperature solid-state pellet injector for the use on COMPASS | |
Li et al. | Molecular statics simulation of hydrogen defect interaction in tungsten |