SU369496A1

SU369496A1 - TUBULAR MEASURING CERAMIC SAMPLE

Info

Publication number: SU369496A1
Application number: SU1482626A
Authority: SU
Inventors: Б. В. Самсонов В. А. Неверов Н. А. Асеев
Priority date: 1970-10-02
Filing date: 1970-10-02
Publication date: 1973-02-08

Description

1one

Изобретение относитс к области внутриреакторных исследований материалов, а именно к конструкци м трубчатого образца из керамического материала дл измерени некоторых его характеристик непосредственно под облучением в канале высокопоточного реактора .The invention relates to the field of in-core studies of materials, namely, designs of a tubular sample of a ceramic material for measuring some of its characteristics directly under irradiation in a channel of a high-flux reactor.

Известна конструкци трубчатого образца из керамического материала дл измерени объемного сопротивлени материала, состо ща из керамической трубки длиной 100- 300 мм и с толщиной стенки 1 -5 мм, внутреннего электрода (высоковольтного), наружного измерительного электрода и наружных охранных электродов.The known construction of a tubular sample of a ceramic material for measuring the volume resistance of a material, consisting of a ceramic tube with a length of 100-300 mm and with a wall thickness of 1-5 mm, an internal electrode (high voltage), an external measuring electrode and external guard electrodes.

Охранные электроды дл исключени попадани токов утечки по поверхности образца в измерительный прибор.Security electrodes to prevent leakage currents from flowing across the sample surface into the meter.

Электроды выполн ютс из хорошо провод щего материала (металла, графита, провод щей резины и т. д.).The electrodes are made of highly conductive material (metal, graphite, conductive rubber, etc.).

К наложенным на поверхности образца электродам присоедин ютс измерительные провода, включаемые в измерительную схему.To the electrodes superimposed on the surface of the sample, the measuring wires included in the measuring circuit are connected.

Така конструкци трубчатого образца позвол ет измер ть лищь одну характеристику материала - удельное объемное сопротивление , а также вызывает определенные трудности в обеспечении контакта электродов с поверхност ми образца при высокотемпературных испытани х.Such a tubular sample design makes it possible to measure only one characteristic of the material — the specific volume resistance — and also causes certain difficulties in ensuring the contact of the electrodes with the surfaces of the sample during high-temperature tests.

При измерени х объемного сопротивлени цилиндрических образцов непосредственноWhen measuring the volume resistance of cylindrical samples directly

под облучением на внутреннем электроде из-за эффекта радиационного элемента возникает значительный отрицательный потенциал, искажающий режим работы приборов МОМ-4, Еб-3, что приводит к значительным погрешност м измерений.under irradiation on the internal electrode, due to the effect of the radiation element, a significant negative potential arises, distorting the operation mode of the MOM-4, Eb-3 devices, which leads to significant measurement errors.

Цель изобретени - создание трубчатого образца из керамического материала, позвол ющего одновременно измер ть в процессе облучени в канале реактора несколько характеристик - удельное объемное сопротивление , теплопроводность и механическую прочность материала, использовать эффект радиационного элемента при измерени х удельного объемного сопротивлени , а также с максимальной эффективностью использовать экспериментальный объем канала реактора за счет геометрических размеров образцов.The purpose of the invention is to create a tubular sample of a ceramic material that simultaneously measures several characteristics in the reactor channel — the specific volume resistance, thermal conductivity and the mechanical strength of the material — to use the effect of the radiation element in measuring the specific volume resistance as well as with maximum efficiency. use the experimental volume of the reactor channel due to the geometric dimensions of the samples.

Цель достигаетс тем, что на определенном участке внутренней поверхности трубки нанесено покрытие из провод щего материала и на этом же участке в трубку заплавлен металл с низкой температурой плавлени , выполн ющий роль радиационного нагревател , увеличивающего перепад температуры между наружной и внутренней поверхност ми трубки, иThe goal is achieved by the fact that a coating of a conductive material is applied to a certain portion of the inner surface of the tube, and a metal with a low melting point, which plays the role of a radiation heater that increases the temperature difference between the outer and inner surfaces of the tube, and

роль электрода при измерении объемного сопротивлени , причем в указанный металл введена термопара, служаща измерительной линией при измерении объемного сопротивлени и механической прочности образца, а на наружной поверхности образца нанесено провод щее покрытие из материала с большим выходом р-частид (электронов) при поглощении тепловых нейтронов, позвол ющее исключить из измерительной схемы внешний источник питани .the role of the electrode in measuring the volume resistance, a thermocouple introduced into the metal, which serves as a measuring line in measuring the volume resistance and mechanical strength of the sample, and a conductive coating of a material with a large yield of p-partid (electrons) is applied on the outer surface of the sample when thermal neutrons are absorbed to eliminate an external power source from the measurement circuit.

Дл исключени охранных электродов и удалени места стыка измерительной линии от области с высокой интенсивностью ионизирующих излучений длина герметизированного с одной стороны образца вз та в 2-2,5 раза большей высоты активной зоны реактора, наружный диаметр не превышает 10 мм, длина измерительного участка составл ет 5-10% от общей длины образца, а в измерительной линии предусмотрено перекрытие путей утечки по ионизованному газу.To eliminate guard electrodes and to remove the junction of the measuring line from the region with high intensity of ionizing radiation, the length of a sample sealed on one side is 2-2.5 times greater than the height of the reactor core, the outer diameter does not exceed 10 mm, the length of the measuring section is 5-10% of the total sample length, and in the measuring line there is an overlap of the leakage paths through ionized gas.

В результате применени описываемого измерительного образца сокращаетс количество экспериментальных устройств, снижаетс реакторное врем и стоимость облучательного эксперимента.As a result of applying the described measurement sample, the number of experimental devices is reduced, the reactor time and the cost of the irradiation experiment are reduced.

На фиг. 1 изображен предлагаемый трубчатый измерительный керамический образец; на фиг. 2 приведена эквивалентна электрическа схема образца с измерительной линией; на фиг. 3 - эквивалентна схема образца с включенным шунтом и измерительными приборами .FIG. 1 shows the proposed tubular measuring ceramic sample; in fig. Figure 2 shows the equivalent electrical circuit of the sample with the measuring line; in fig. 3 - the equivalent circuit of the sample with the included shunt and measuring devices.

Образец состоит из керамической трубки 1, на наружной и внутренней поверхност х которой нанесены металлические покрыти 2 иЗ, герметизирующей пробки 4, радиационного нагревател 5 с термопарой 6, дополнительных керамических трубок 7, перекрывающих руг друга и герметизированных в местах стыков 8, микротермопары 9 с креплением 10.The sample consists of a ceramic tube 1, on the outer and inner surfaces of which metal coatings 2 and 3 are applied, a sealing stopper 4, a radiation heater 5 with a thermocouple 6, additional ceramic tubes 7 that overlap each other and sealed at the joints 8, micro-thermocouples 9 with fastening ten.

Керамическую трубку / изготавливают линой в 2-2,5 раза большей высоты активной зоны, наружным диаметром 8-10 мм и внутренним диаметром 4-5 мм.The ceramic tube / line is made 2-2.5 times the greater height of the core, an outer diameter of 8-10 mm and an inner diameter of 4-5 mm.

На наружную поверхность образца нанос т покрытие 2- из серебра методом вжигани серебр ной пасты. Высота покрыти - 50 мм (5-10% от общей длины трубки). Серебро вл етс наиболее подход щим дл наружного покрыти , так как имеет большое сечение взаимодействи с тепловыми нейтронами с оследующим р-распадом (электронным), маый период полураспада и высокую проводимость .A 2- silver coating is applied to the outer surface of the sample using silver paste paste. The height of the coating is 50 mm (5-10% of the total tube length). Silver is most suitable for the outer coating, since it has a large cross section for interaction with thermal neutrons with the next p-decay (electron), a short half-life and high conductivity.

Внутреннее покрытие 3 может быть выполнено из любого провод щего материала, одако по техническим соображени м его прое делать из серебра. Покрытие 3 служит дл беспечени хорощего теплового и электричекого контакта внутреннего электрода (радиционного нагревател ) 5 с поверхностью кеамики в тот период, когдарадиационный нареватель еще не расплавилс .The inner coating 3 can be made of any conductive material, however, for technical reasons, it can be made of silver. Coating 3 serves to ensure good thermal and electrical contact of the internal electrode (radiator heater) 5 with the keamic surface at a time when the radiation heater has not melted.

Высота герметизирующей пробки 4 равна 100-150 лш.The height of the sealing tube 4 is 100-150 lsh.

В готовую трубку / заплавл ют любой ле1коплавкий (с температурой плавлени до 300°С) металл или сплав на высоту, несколько меньшую высоты внутреннего покрыти 3. В металлический керн 5, выполн ющий роль радиационного нагревател , вплавл ют термопару 6, котора служит измерительной линией при измерении объемного сопротивлени керамики.Any light-melting metal (melting temperature up to 300 ° C) of metal or alloy is melted to the finished tube to a height slightly lower than the height of the inner coating 3. The metal core 5, which acts as a radiation heater, melts the thermocouple 6, which serves as a measuring line when measuring the volume resistance of ceramics.

Дл исключени токов утечки по ионизованному газу примен ют дополнительные керамические трубки или двухканальные керамические , соломки 7, вставленные одна в другую с перекрытием 300-400 мм. Герметизацию мест стыков 8 производ т алюмофосфатом или эпоксидной смолой.To eliminate leakage currents on ionized gas, additional ceramic tubes or two-channel ceramic tubes, straws 7, inserted one into the other with an overlap of 300-400 mm, are used. The sealing of the joints 8 is carried out with aluminophosphate or epoxy resin.

На достаточном удалении от активной зоныAt a sufficient distance from the active zone

реактора возможен переход на любую электрическую изол цию термопары с возможно более высоким уровнем сопротивлени изол ции . Поверхностные токи утечки исключаютс большой длиной пути утечки, что позвол етthe reactor can switch to any electrical insulation of a thermocouple with the highest possible level of insulation resistance. Surface leakage currents are eliminated by a long creepage distance, which allows

отказатьс от применени охранных электродов .Refuse to use security electrodes.

Дл измерени температуры наружной поверхности образца используют микротермопару 9, спай которой креп т к покрытию 2 методом искровой сварки с последующим укреплением его алюминиевой фольгой 10 толщиной 0,2-0,3 мм. Наружное покрытие 2 надежно контактирует с заземленной дистанционирующей звездочкой 11.To measure the temperature of the outer surface of the sample, microthermopair 9 is used, the junction of which is attached to the coating 2 by the method of spark welding, followed by reinforcing it with aluminum foil 10 with a thickness of 0.2-0.3 mm. The outer coating 2 is in reliable contact with a grounded sprocket 11.

В описываемой конструкции образца при измерении объемного сопротивлени реализуетс метод, использующий накопление зар да на изолированном диэлектриком 1 внутреннем электроде 5.In the described sample design, when measuring the volume resistivity, a method is implemented using the accumulation of charge on the insulated internal dielectric 1 5.

Электроны, выбитые гамма-квантами из конструктивных элементов образца (покрытий 2; 3, внутреннего электрода 5, материала трубки 7), а также возникшие в результате распада активированных дер серебра внутреннегоElectrons knocked out by gamma-quanta from the structural elements of the sample (coatings 2; 3, internal electrode 5, tube material 7), as well as resulting from the decay of activated silver cores

5 и наружного 2 покрытий, из-за разности в площад х внутренней и наружной поверхности образца накапливаютс на внутреннем изолированном от «земли электроде 5. Основным источником электронов вл етс серебро, нанесенное на поверхности образца, причем количество электронов, попадающих с внешнего покрыти 2 на внутренний электрод 5, значительно больше количества электронов, попадающих с внутреннего покрыти 3 на анешнее 2.5 and outer 2 coatings, due to the difference in the areas of the inner and outer surface of the sample, accumulate on the inner electrode isolated from ground 5. The main source of electrons is silver deposited on the surface of the sample, with the amount of electrons falling from the outer coating 2 The inner electrode 5 is significantly larger than the number of electrons entering from the inner coating 3 on the anneal 2.

Из-за малости периода полураспада серебра (-2,3 мм поток (3-частиц (электронов) со временем задержки 12 мин (п ть периодов полураспада) будет пр мо пропорциональным мощности реактора. Это позвол ет использовать в дальнейших расчетах равновесные (установившиес ) величины тока р-частиц (электронов). Попадание электррнов на внутренний изолированный электрод приводит к возникновениюDue to the small half-life of silver (-2.3 mm, the flow (3-particles (electrons) with a delay time of 12 minutes (five half-lives) is directly proportional to the reactor power. This allows the use of equilibrium (steady-state) in further calculations the magnitude of the current of the p-particles (electrons). The hitting of electrons on the inner insulated electrode leads to

на нем потенциала, величина которого определ етс эквивалентной электрической емкостью и сопротивлением утечки системы образец - лини .there is a potential on it, the value of which is determined by the equivalent electrical capacitance and leakage resistance of the sample-line system.

По величине потенциала электрода 5 относительно «земли, измеренной прибором с большим входным сопротивлением (электростатическим вольтметром) и величине тока от источника тока, измеренной прибором с малым входным сопротивлением (гальванометром ) или микроамперметром, находитс суммарное сопротивление изол ции системы.The potential of the electrode 5 relative to the earth measured by the device with a large input resistance (electrostatic voltmeter) and the current from the current source measured by the device with a small input resistance (galvanometer) or microammeter, is the total insulation resistance of the system.

Учитыва , что сопротивление изол ции линии Кц всегда больше объемного сопротивлени RO (измерительна часть образца находитс в зоне с высокой интенсивностью ионизирующих излучений и при высокой температуре ) , исключение неизвестной величины сопротивлени изол ции линии можно производить методом шунтировани , т. е. включением между измерительной линией и «землей калиброванных сопротивлений, заведомо меньших сопротивлени изол ции линии.Taking into account that the insulation resistance of the Kc line is always greater than the volume resistance of the RO (the measuring part of the sample is in the zone with high ionizing radiation intensity and at high temperature), the exception of the unknown value of the insulation resistance of the line can be made by shunting, i.e. line and ground calibrated resistances, which are obviously lower line insulation resistances.

По величине объемного сопротивлени Ro измерительного участка трубчатого образца легко находитс значение удельного объемного сопротивлени по известным соотношени м дл цилиндрического образца.From the value of the volume resistance Ro of the measuring portion of the tubular sample, the value of the specific volume resistance is easily determined from the known ratios for the cylindrical sample.

Теплопроводнсть керамического материала определ етс по перепаду температуры на стенке образца при помоши внутренней 6 и наружной 9 термопар.The thermal conductivity of a ceramic material is determined by the temperature difference on the wall of the sample with the help of the inner 6 and outer 9 thermocouples.

Тепловой поток, направленный от радиационного нагревател 5 к наружной поверхности образца, а также тепловыделени в стенке образца создают значительный перепад температуры, завис щий от величины теплопроводности керамического материала и удельного объемного энерговыделени от поглощенной энергии реакторного излучени .The heat flux directed from the radiation heater 5 to the outer surface of the sample, as well as heat generation in the sample wall, create a significant temperature difference depending on the thermal conductivity of the ceramic material and the specific volume energy release from the absorbed energy of the reactor radiation.

Учитыва высокую теплопроводность металла радиационного нагревател (она значительно больше тенлопроводности керамики) и незначительность его диаметра (4-5 мм), можно пренебречь перепадом температуры в течении радиационного нагревател 5 и считать , что температура, измер ема внутреннейTaking into account the high thermal conductivity of the metal of the radiation heater (it is much greater than the ceramic tenodic conductivity) and the insignificance of its diameter (4-5 mm), we can ignore the temperature drop during the radiation heater 5 and assume that the temperature measured by the internal

термопарой 6, равна температуре внутренней стенки трубки 1.thermocouple 6, equal to the temperature of the inner wall of the tube 1.

Напр жени , возникающие в материале стенки образца при наличии значительного перепада температуры на ней, могут вызвать разрушение образца в случае ухудшени механических свойств его в процессе облучени . Момент разрушени образца легко определ етс по резкому возрастанию тока, измер емого гальванометром, так как в этом случае в материале керамики по вл ютс трещины, резко снижающие сопротивление измерительного участка из-за проводимости по ионизованному газу.The stresses that occur in the material of the sample wall in the presence of a significant temperature drop on it can cause the sample to break if its mechanical properties deteriorate during irradiation. The moment of destruction of the sample is easily determined by the sharp increase in the current measured by the galvanometer, since in this case cracks appear in the ceramic material, drastically reducing the resistance of the measuring section due to the conductivity of ionized gas.

Предмет изобретени Subject invention

Claims

1. A tubular measuring ceramic sample for measuring the characteristics of the sample material under irradiation, comprising a cylindrical tube coated with conductive coatings, characterized in that, in order to simultaneously measure

on one sample, the specific volume resistance, thermal conductivity and mechanical strength and the use of effects arising from the testing of the sample in the reactor, the conductive coatings applied on a certain part of the inner and outer surfaces of the tube are made of a material with a large cross section (n, p) of the reaction and on In the same section, a low melting point metal is melted into the tube, which performs

the role of a radiation heater and an electrode, with a thermocouple inserted into it, which acts as a temperature meter for the internal surface of the sample.

2. Sample according to claim 1, characterized in that the length is sealed on one side

the sample was taken 2–2.5 times the height of the reactor core, the outer diameter did not exceed 10 mm, the length of the section with the conductive coating was 5–10% of the total length of the sample, and the measuring line provided for blocking the leakage path along the ionized gas.