SU719342A1

SU719342A1 - Device for control of neutron flow

Info

Publication number: SU719342A1
Application number: SU782677622A
Authority: SU
Inventors: Е.В. Филипчук; О.Т. Потапенко; В.П. Сивоконь; А.П. Трофимов
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красногознамени Инженерно-Физический Институт
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1981-08-07

Description

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЕЙТРОННЫМ ПОТОКОМ(54) DEVICE FOR CONTROLLING NEUTRON FLOW

насосом. Управление поглощающей спосрбностьн ) такой С1екции достигаетс изменением расхода газа через эту секцию.pump. The control of the absorptive capacity of such a section is achieved by varying the gas flow through this section.

Устройство содержит коммуникации дл изменени давлени , пневмоэлементы , насос, различно о рода соединени и уплотнени . Все это, особенно насос , а также наличие в устройстве подвижных механизмов обуславливает его ю The device contains communications for pressure changes, pneumatic elements, a pump, various types of connections and seals. All this, especially the pump, as well as the presence in the device of moving mechanisms causes it

евысокую надежность и утечки газаоглотител .High reliability and gas leakage.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому, езультату вл етс -устройство дл isThe closest to the invention to the technical essence and achieved, the result is a device for is

гфавлёни нейтронным потоком, состо ее из нагревател и секционированного замкнутого объема с газом-погдотителем нейтронов, в котором одна секци находитс в нейтронном пото- 20 ке и вл етс управл ющей, а друга расположена вне его З.a neutron flux, consisting of a heater and a partitioned closed volume with a neutron-absorbing gas, in which one section is in the neutron flux 20 and is controlling, and the other is located outside of it.

Это устройство содержит объем с газом, разделенный на две.секции сильфоном. Одна секци помещена в 25 нейтронном потоке и наполнена слабопоглощающим -нейтроны газом С0„, а друга находитс вне его в выходном потоке теплоносител и содержит газ В Е, сильно поглощающий нейт- зо роны. Теплоноситель выполн ет функции нагревател газа-поглотител , Устройство работает следующим образом.This device contains the volume with gas divided into two sections by bellows. One section is placed in a 25 neutron flux and filled with a weakly absorbing neutron gas C0, while the other is outside of it in the output flux of the coolant and contains a gas Е Е that strongly absorbs neutrons. The heat carrier acts as an absorber gas heater. The device operates as follows.

Увеличение мощности реактора выше 35 уровн приводит к повьшению температуры теплоносители, который нагревает газ-поглотитель. Газ расшир етс и, воздейству на сильфон, ПЪпадает вAn increase in reactor power above level 35 leads to an increase in the temperature of the heat transfer media, which heats the absorber gas. The gas expands and, acting on the bellows, drops to

а гтШнУю зону, вытесн COg. Это 40 приводит к увеличению поглощающей способности части объема, наход щейс в активной зоне и к снижениюand gtSnNuyu zone, ousted COg. This 40 leads to an increase in the absorption capacity of a part of the volume in the active zone and to a decrease in

.SS ;iis---. .--Г, - . --; : ..-VS. :-. МОЩНОСТИ . Обратные прчзцессы протекайт п|ри уменьшении мощности peak- 45.SS; iis ---. .-- G, -. -; : ..- VS. : -. POWER. Reverse processes flow at decreasing power peak- 45

тора ниже заданного урбвн .torus below a given urb.

Таким образом, устройство стабилйзйруёт мощность реактора на заданном уровне и чё способно этот уровень измен ть. Это устройство инерционно 50Thus, the device stabilizes the power of the reactor at a given level and what can change this level. This device is inertial 50

из-за значительной теплоемкости нагрёваемой среды изапаздывани , обус- . ловленного ограниченной скоростью терни теплоносител и из-за малой эффективности нагревател , Меха;ни- ji ческиё пе51емкщенн сильфойа, его износ снижают надежность устройства.due to the significant heat capacity of the heated media, range. due to the limited speed of the heat carrier fluid and due to the low efficiency of the heater, Mecha; poorly wired syringes, its wear reduces the reliability of the device.

Использование автономного электрического р гревател вместо нагревател -теплоносител дает возмож- нрсть измен ть уровень мощности реактора , но не устран ет остальных недостатков. Нагреватель в такому устройстве исцольэован неэффективно он нагревает извне весь газ-поглоти-г тель через стенки корпуса и корпус устройства. Это обуславливает низкий диапазон регулировани и недостаточЦелью предлагаемого изобретени вл етс повьш1ение диапазона регулировани , быстродействи и надежности.The use of an autonomous electric heater instead of a heater-heater makes it possible to vary the power level of the reactor, but does not eliminate the other drawbacks. The heater in such a device is ineffectively eliminated; it heats from the outside all the gas-absorber through the walls of the case and the case of the device. This causes a low adjustment range and a lack of purpose. The aim of the invention is to increase the adjustment range, speed and reliability.

Цель достигаетс тем, что замкнутый объем с газом-поглотителем нейтронов выполн етс в виде моноресивера посто нного объема, в качестве управл ющей секции, помещенной в нейтронный поток, служит центральна часть моноресивера, ограниченна спиралью нагревател , и расположенна в зоне потока, остальна часть на .ходитс вне потока, причем в качестве секции, расположенной вне потока, использован остальной объем моноресивера .The goal is achieved by the fact that a closed volume with a neutron absorber gas is made in the form of a constant mono-receiver, the central part of the mono-receiver, limited to the heater coil, and located in the flow zone, the rest of the unit, serves as a control section placed in the neutron flux. . is out of flow, and the remaining volume of the mono receiver is used as the section located outside the flow.

Спираль закреплена на каркасе, изготовленном согласно профилю нейтронного потока. Газопитательна трубка в этом устройстве необходима только дл предварительного вакуумировани и наполнени газом-поглотителем. После заполнени устройства газомпоглотителем ее заваривают,The spiral is fixed on a frame made according to the neutron flux profile. The gas feed tube in this device is needed only for pre-evacuation and filling with absorbing gas. After filling the device with a gas absorber, it is welded,

Таким образом, наполненное поглотителем устройство представл ет собой изолированный объем, несв занный с другими газовыми емкост ми и пневмоэлементами .Thus, a device filled with an absorber is an isolated volume that is not associated with other gas containers and pneumatic elements.

Такое устройство содержит минимальное количество сварных швов, в нем отсутствуют подвижные механизмы, насосы , сйльфоны, поэтому оно высоконадежно .Such a device contains a minimum number of welds, there are no moving mechanisms, pumps, pipelines, so it is highly reliable.

Электрический нагреватель, выполненный в виде спирали накаливани , закреплен на легкой проницаемой дл газа катушке или каркасе из диэлектрического материала. Катушка или каркас выполн ютс согласно профилю нейтронного пучка, так что закрепленна на нихспираль ограничивает часть газа-поглотител , наход щегос в нейтронном потоке от остальной части газа в устройстве.An electric heater, made in the form of an incandescent spiral, is mounted on a light gas-permeable coil or frame made of a dielectric material. The coil or frame is made according to the profile of the neutron beam, so that the helix attached to them limits the part of the absorbing gas that is in the neutron stream from the rest of the gas in the device.

Такое положение нагревател вл етс наиболее эффективным, так как больша часть его -энергии полезно ное быстродействие. 5 расходуетс на разогрев газа ййённо вТОМ объеме(расположенном в нейтрон ном потоке поглощающую способность которого надо изйей ть при уйра.&ЙЩ- в этом случае, когда нагреватель включен, самую высокую температуру, близкую к температуре спирали, имеет газ, наход щийс в нейтронном потоке По мере удалени от этой области к границам моноресивера, охлаждаемого извне, температура газа уменьшаетс практически до температуры стенок. Тогда как плотность и поглощающа способность газа наоборот - в строгом is в соответствии с температурой - повышаетс от центра к стенкам. При отключённом нагревателе тёйпературы газа в моноресивере выравни ваетс по объему, приближа сь к температуре стенок и соответственно про ходит перераспределение массы. Поглощающа способность газа,наход щего в нейтронном потоке, увеличиваетс . Дл эффективной работы предлагаемого устройства необходимы следующие услови : диаметр моноресивера много больие диаметра нейтронного пу ка и спирали, его окаймл ющей(в п ть дес ть раз диаметр пучка нейтронов достаточно мал см, чтобы при зад ном поглотителе с определенной тепло проводностью температура газа-поглотител внутри пучка по диаметру существенно не измен лась. Хот дл широких пучков можно пре ложить спираль, помещаемую внутрь пучка, такое устройство будет создавать искажени . Важным дл эффективной работы уст ройства вл етс требование интенсив иого охлаждени моноресивера извне, обеспечивающего быстрое охлаждение газа-поглотител при отключ нии нагревател . Диапазон регулировани пр мо з висит от максимально возможной температуры нагревател , поэтому спирал накаливани рекомендуетс изготавливать из жаропрочного материала, например вольфрама. Корпус устройства не должен сильн поглощать нейтроны, создава , паразитное ослабление пучка. Дл его изготовлени рекомендуютс материалы с малым сечением поглощени нейтроиов , например, алюминий. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - нелиаризрван 42 ные качественные криные распределени температуры (пунктиром)и плотности поглощающего раза (сплошна лини )по /дйаШтру M&HOJpe1cHirepa. Устройство представл ет собой изолированный от газовых емкостей и пневмоэлёментов мрнорёсйвер, корпус j которого вьтойнён из металла с ма-;лым сечением поглощени нейтронов. Нагреватель выполнен в виде спирали 2, закрепленной на пр моугольном каркасе из диэлектрических направл ющих стержней 3, расположенных согласно нейтронному пучку 4. 1аким образом, Пучке находитс часть моноресивера. ограниченна спиралью нагревател . В местах Прохождени нейтронного пучка тблщйна стёнок корпуса минимальйа из-за высверлёййьпс полостей 5. Провода питани нагревател 6, заканчивающиес металлической щайбой 7, соедин ютс со спиралью с помощью болтов 8. Болты электроизолированы от корпуса устройства диэлектрическими втулками 9. Герметичный переходник 10 служит дл вывода проводов питани . Импульсна питательна трубка II, необходима дл предварительного вакуумировани устройства и наполнени его поглощающим нейтроны .газом, 12/ (например , гелием-3) затем завариваютс -, после чего устройство полностью изолировано . Охлаждающа среда на чертеже не показана. Устройство работает следующим образом . При отключенном нагревателе температура поглощающего газа определ етс температурой охлаждающей среды и распределена равномерно по диаметру монорёсивера. Также равномерно распределена и плотность газа. При включеЯном нагревателе температура газа-поглотител внутри спирали в области нейтронного пучка близка к температуре спирали, а по кра м мойоресивёра к температуре охлаждающей среды.Вслед- ствие массопереноса под действием термодиффузии, плотность поглощающего газа распредел етс по 6бъему( моноресивера в строгом соответствий с его температурой. Таким образом, в высокотемпературной области нейтронного пучка находитс минимум плотности , то есть минимум поглощающей пособности, так как часть массы аза путем термодиффузии перёщла от ысокотемпературного ( )центра оноресиве{ а к низкотемпературным TeHKaM(v30®C ),. После отключени нагревател teMtilpaTypar и плотность газа-погло тителй снова вьфанйваютс . есть ynjpiSsAeHHe осуществл етс измёйеннем мощности нагревател (фиг,2)ЛСривые. при отключенном наг1реваи ле, кривые nflj H tft J4eHHqM. На оси аб1г1 D диаметр моноресивера, В - его радиус Х Х2 - координаты пересечени спира ли осью абсциСС7 ; ,; j . Предлагаемое устройство имеет расширенный диапазон регулировани и увеличеннное быстродействие по сравнению с прототипом за счет более эффективного использовани нагревател . В устройстве нагреватель распо ложен внутри газового объема, что . позвол ет сделать его более высркоfeMiftej a-iPypHbiM . Кроме того, в предлагаемом устройстве нагреватель большу часть знергии расходует полезно, разогрева газ-поглотитель только в области нейтронного потока. Дл устройства характерно повьшенйе наДёшО стй за счет существенного упрощени . УстройствЬ выполнено без подвижных механизмов, разъемных соединений и содержит минимум сварных швов. , ,... - , . .,;., Так&ё устройство более зкономич ffb™ifff-3 a эффективного использовани нагревател и сокращеннее утечек газа гюпгютнтел : - - : Расчеты показывают, что выгорание ra3a-noirnotlwteJifl (нейтронов гели -3 в потоках зкспериментайьйлх канало в до 10 нейтр/с(с)нё существенно снижает эффективность устройства в This position of the heater is the most efficient, since most of its energy is useful speed. 5 is consumed to heat the gas by the volume (located in the neutron flux, the absorption capacity of which must be eliminated when uyr. &Amp; YCH) in this case, when the heater is turned on, the highest temperature, close to the temperature of the helix, has gas that is Neutron flux As the distance from this region to the edges of the monosiver is cooled from the outside, the gas temperature decreases to almost the wall temperature, whereas the density and absorption capacity of the gas, on the contrary, increases in strict accordance with the temperature When the gas temperature heater in the mono-receiver is turned off, it is equal in volume to the wall temperature and, accordingly, the mass is redistributed. The absorptivity of the gas in the neutron stream increases. : the diameter of the mono receiver is a lot of the diameter of the neutron bundle and the helix surrounding it (five to five times the diameter of the neutron beam is small enough cm, so that with a rear absorber with The heat conduction temperature of the absorber gas inside the beam has not changed significantly in diameter. Although a spiral placed inside the beam can be proposed for wide beams, such a device will create distortion. Important for the effective operation of the device is the requirement for intensive cooling of the mono-receiver from the outside, providing rapid cooling of the absorbing gas when the heater is turned off. The adjustment range is directly dependent on the maximum possible temperature of the heater, so it is recommended to make glowing filaments from heat-resistant materials, such as tungsten. The body of the device should not strongly absorb neutrons, creating a parasitic attenuation of the beam. For its manufacture, materials with a small neutroi absorption cross-section, such as aluminum, are recommended. FIG. 1 shows the proposed device; in fig. 2 - unaryzrvan 42 high quality temperature distribution curves (dotted line) and the density of the absorbing times (solid line) according to the M & HoJpe1cHirepa / diagram. The device is a sealed gas seal isolated from gas tanks and pneumatic components, the body j of which is vented from a metal with a small neutron absorption cross section. The heater is made in the form of a helix 2, mounted on a rectangular frame of dielectric guide rods 3, arranged according to the neutron beam 4. In this way, the beam is part of a monoreceiver. limited by the heater coil. In the places where the neutron beam passes, the entire body wall is minimal due to the drilled cavities 5. The power wires of the heater 6, ending with a metal shield 7, are connected to the helix with bolts 8. The bolts are insulated from the device body with dielectric sleeves 9. Sealed adapter 10 serves to output power wires. The pulsed feed tube II, necessary for the preliminary evacuation of the device and filling it with a neutron absorbing gas, 12 / (e.g. helium-3) is then brewed, after which the device is completely isolated. Coolant is not shown in the drawing. The device works as follows. When the heater is turned off, the temperature of the absorbing gas is determined by the temperature of the cooling medium and is distributed evenly over the diameter of the mono-receiver. Also uniformly distributed and the density of the gas. When the heater is turned on, the temperature of the absorbing gas inside the helix in the neutron beam region is close to the helix temperature, and at the edges of my receiver, to the temperature of the cooling medium. As a result of mass transfer under the action of thermal diffusion, the density of the absorbing gas is distributed along 6 volts (a mono receiver in strict correspondence with its Thus, in the high-temperature region of the neutron beam there is a minimum of density, i.e. a minimum of absorption capacity, since part of the mass of ase by means of thermal diffusion from the high-temperature () center of the onresive {a to low-temperature teHKaM (v30®C), after disconnecting the teMtilpaTypar heater and the density of the gas-absorber titeli again. nflj H tft J4eHHqM curves. On the axis d1d1 D is the diameter of the mono receiver, B is its radius X X2 - the coordinates of the intersection are scrolled by the x-axis7;,; j. The proposed device has an extended control range and an increased speed compared to the prototype at the expense of more efficiently use of the heater. In the device, the heater is located inside the gas volume, what. allows you to make it more efficient. FifMiftej a-iPypHbiM. In addition, in the proposed device, the heater consumes a large part of the energy useful, heating the absorbing gas only in the region of the neutron flux. For the device, it is typically more expensive due to substantial simplification. The device is made without moving mechanisms, detachable joints and contains a minimum of welds. , ... -,. .,;.., So & device is more cost-effective ffb ™ ifff-3 a efficient use of the heater and reduced gas leakage: - -: Calculations show that burnout is ra3a-noirnotlwteJifl (helium-3 neutrons in the flow of the sample channel in the sample in the jerney channel in the jerryfluteJifl (––3) / s (s) does not significantly reduce the efficiency of the device in

а п аa p

1 V1 V

« W 7 "W 7

/ J/ J

. .

:Ьг: Bg

.,: :%й:: t/e.f 42Q чение нескольких лет, после чего его можно легко и быстро заменить. Формул а изобретени - :: .- , 1. Устройство дл управлени нейтронным потоком, состо щее из нагревател и секционированного замкнутого объема с газом-поглотителем нейтронов, в котором одна секци находитс в нейтронном потоке и вл етс управл ющейJ а друга расположена вне его, отличающеес тем, то, с целью повьппб ш диапазона регулировани , быстродействи и надежности, замкнуть1й объем выполнен в виде цельного моноресивера, в качестве управл ющей секции служит его центральна часть, ограниченна спиралью нагревател и ра.сположенна в зоне потока, а остальна часть находитс Вне потока. 2, Устройство по П.1, о т л ич а ю щ е е с тем, что спираль закреплена на каркасе, изготовленном согласно профилю нейтронного потока. Источник информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США №2990358, кл. 176-21, опулик. 1961 2.Авторское свидетельство СССР № 538616, кл. G 2 С 7/22, 1974. 3.Патент Англии № 1042315, кл, 6 6 С опублик. 1960 (прототип)..:::% d :: t / e.f. 42Q for several years, after which it can be easily and quickly replaced. The formula of the invention is :: .-, 1. A device for controlling a neutron flux, consisting of a heater and a partitioned closed volume with a neutron-absorber gas, in which one section is in the neutron flux and the other is located outside of it, characterized in that, in order to regulate the control band, speed and reliability, to close the 1st volume is made as a single mono receiver, its central part serving as the control section is limited by the heater coil and is located and in the flow zone, and the remainder of the stream is outside. 2, The device according to claim 1, about the t he l and th e so that the spiral is fixed on the frame, made according to the profile of the neutron flux. The source of information taken into account in the examination 1. US patent number 2990358, cl. 176-21, opulik. 1961 2. USSR author's certificate number 538616, cl. G 2 C 7/22, 1974. 3. The patent of England No. 1042315, class, 6 6 C published. 1960 (prototype).

//

X X

г 2g 2

VV

,JJ

к Лг to lg

0us.20us.2

Claims

I. Device for controlling the neutron ^: neutron flux, consisting of a heater and a partitioned closed volume with an absorbing gas ^{, 0} neutrons, in which one section is in the neutron flux and is the control j and the other is located outside of it, different from those with the purpose of increasing the range of regulation, speed and reliability, the closed volume is made in the form of a single mono receiver, as the control section is its central part, limited by the heater spiral and located in the flow zone, and the rest part is out of flow., ί

²⁵ 2, The device according to claim 1, with the fact that the helix is mounted on a frame made according to the neutron flux profile.