М. А. ЛЕБЕДЕВ
Научные руководители – В. Г. БАРАНОВ, к. т.н., профессор
– Д. П. ШОРНИКОВ, к. т.н., с. н.с.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО ОКСИДНОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
Настоящая работа посвящена созданию установки по определению температуры плавления различных видов оксидного топлива. Разработан эскизный проект установки и изготовлены ее основные узлы. Проведены тестовые испытания и показана возможность достижения температуры 2600 оС.
Для обоснования безопасной и экономичной работы модифицированного оксидного ядерного топлива (МОЯТ) коммерческих реакторов необходимо точное знание температуры плавления диоксида урана. Знание температуры плавления МОЯТ позволяет прогнозировать его поведение в аварийных режимах.
Существующие в настоящее время методы нагрева основаны на использовании резистивного нагрева, лазера, электронного пучка, дуги. Применение указанных методов вносит существенные погрешности в регистрацию температуры, что приводит к значительной ошибке (около 150 °С) при определении линий солидус и ликвидус. Ошибка связана, прежде всего, с трудностями регистрации тепловых эффектов при нагреве (за счет воздействия помех и малости регистрируемых эффектов), а также с возможным изменением состава образца при взаимодействии с газовой атмосферой или материалами оснастки.
В этой связи в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории ОНИЛ-709 разработана установка по определению температуры плавления керамического оксидного ядерного топлива с гарантированным нагревом образца до 2900 оС.
Новизна решения состоит в следующем: за счет герметичной конструкции тигля исключается изменение состава образца в ходе плавки; отверстие в тигле позволяет реализовывать модель абсолютно черного тела, что существенно повышает точность измерения температуры; индукционный нагрев позволяет регулировать изменение температуры с высокой точностью, и при этом возможно достижение температур, близких к температуре плавления тигля (более 2900 °С для вольфрамового тигля). Нагрев тигля производится в водоохлаждаемой кварцевой ампуле, что предотвращает его окисление на воздухе при высоких температурах. Нагрев осуществляется токами высокой частоты, а тепловые эффекты регистрируются высокоточным пирометром. К существенным достоинствам метода можно отнести простоту реализации.
Для выполнения работы: разработан эскизный проект установки; собран действующий макет установки, способный нагревать образцы до 2600 оС; приобретен высокоточный пирометр, генератор токов высокой частоты; производится изготовление и сборка основных узлов, таких как металлические фланцы для кварцевой водоохлаждаемой трубки, вакуумная система, система охлаждения генератора и трубки, корпус установки в виде сварной рамы; выполняется подготовка герметичных вольфрамовых (танталовых) тиглей, сборка цельной конструкции, разработка методики определения температуры плавления керамического ядерного топлива.
