experimentální program blanka 1

Komentáře

Transkript

experimentální program blanka 1
Technická zpráva
EXPERIMENTÁLNÍ
PROGRAM BLANKA 1
Ověření chování modelů blanketu
transmutoru s kapalným palivem na bázi
roztavených fluoridových solí
Souhrnná zpráva díl I.
Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. - Hron M., Brož V.,
Erben O., Ernest J., Flíbor s., Hájek P., Janouš O., Katovský K.,
Lelek V., Listík E., Málek Z., Masařík V., Mikisek M., Rataj J.,
Stehno J., Sus F., Viererbl L., Vorel J., Zmítko M., Zmítková J.
AureA Praha - Chochlovský I., Jílek M., Peka I.
Energovýzkum spol. s r.o. - Brno - Matal O.,
FJFI ČVUT v Praze - Matějka K., Rataj J.
Listopad 2003
Správa úložišť
radioaktivních odpadů
Formátování a korektury textů
Správa úložišť radioaktivních odpadů, 2004
Abstrakt
Tento 1.díl souhrnné zprávy shrnuje výsledky prací na programu BLANKA I dosažené
zejména v roce 2002. Práce probíhaly dle smlouvy č. 81/2000/Nach u objednatele resp.
D/4002/201/2000 u zhotovitele. Zpráva obsahuje popis výsledků plnění následujících
dílčích výstupů:
-
Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru
BLANKA 1
Vývoj a výroba vlastního modelového modulu (zhotovení experimentálních
schránek, provedení experimentů se dvěma vzorky na VR-1, vyhodnocení
ověřovacích pokusů, provedení prvního experimentu na LVR-15)
Prováděcí projekt experimentu v Institutu Kurčatova
Abstract
This first part of report summarizes results of the works on program BLANKA I, which
were reached mainly in 2002. The activities have been done according to the contract
No. 81/2000/Nach (or D/4002/201/2000 on maker). The report contains description of
the results of the following outlets:
-
Executive project BLANKA 1 of the experimental verification of transmutor blanket
characteristics
Development and manufacturing of a model unit (manufacturing of experimental
caskets, execution of experiments with two capsules on the VR-1 reactor, evaluation
of proving tests, execution of the first experiment on the LVR-15 reactor).
Executive project of experiment in Kurchatov Institute
Obsah
1 Úvodní údaje............................................................................................................2
1.1 Přehled provedených prací ..............................................................................2
1.2 Program BLANKA v roce 2002......................................................................6
1.3 Návrh programu BLANKA do roku 2003 ......................................................7
1.4 Výhled programu BLANKA v návaznosti na program licorn ........................8
2 Prováděcí projekt a zhotovení experimentálního modulu .....................................11
2.1 Dokumentace pro zhotovení resp. inovaci experimentálního modulu ..........11
2.2 Vývoj technologie modulu ............................................................................12
2.3 Program zabezpečování jakosti .....................................................................12
2.4 Vliv sondy na jadernou bezpečnost LVR-15 ................................................15
2.5 Příprava vzorků a taveniny............................................................................19
2.6 Mechanické zkoušky sondy a testy před vložením do reaktoru....................21
3 Komplexní program experimentálního ověření.....................................................21
3.1 Experimenty s instrumentovanou sondou BLANKA 02...............................21
3.2 Zkoušky a ozařovací experimenty na reaktoru VR-1....................................43
3.3 Předpokládaný průběh experimentu 1/2003..................................................50
3.4 Předběžná příprava experimentu BLANKA 417 ..........................................55
3.5 Laboratoř ADTT, její vybavení a program prací ..........................................56
4 Podklady pro další vývoj a výrobu ........................................................................57
4.1 Fyzikální podklady ........................................................................................57
4.2 Výpočtové podklady – program validace......................................................57
4.3 Experimentální podklady ..............................................................................60
4.4 Modelování a vývoj BLANKETU transmutoru............................................64
5 Seznam dokumentace ............................................................................................70
Příloha
1
1
Úvodní údaje
1.1
Přehled provedených prací
1.1.1 Dosavadní postup řešení projektu
V roce 2002 byl na základě SoD uzavřené mezi SÚRAO (č. obj. 81/2000/Nach) a ÚJV
Řež (č. dod. D/4002/201/2000) na období let 2000 – 2002 již třetím rokem řešen projekt
BLANKA, jehož cílem je připravit, provést a vyhodnotit experimenty pro ověření
dlouhodobého časového chování blanketu transmutoru určeného pro jaderné spalování
vyhořelého jaderného paliva z reaktorů VVER a pracujícího s kapalným palivem na
bázi roztavených fluoridů. Experimenty jsou koncipovány jako ozařování vzorků
materiálového uspořádání blanketu transmutoru v poli reaktorového záření výzkumných
a experimentálních reaktorů. Kapalné palivo je simulováno vhodnými kompozicemi
fluoridů různých kovů s použitím vybraných izotopů včetně štěpitelných. Finálním
cílem celého projektu je využití vyhodnocených experimentálních výsledků k validaci
výpočtových programů pro stanovení radioizotopického složení a dlouhodobého
časového chování produktů transmutace a připravení všech podmínek pro zapojení
českých experimentálních a teoretických pracovišť do mezinárodní spolupráce v dané
oblasti, především do 5. a 6. rámcového programu EU.
V roce 2001 byl k výše uvedené SoD uzavřen Dodatek č.1, kterým bylo rozšířeno
původní technické zadání pro etapy E02 (2001) a E03 (2002) a prodlouženo období
řešení na 4 roky, tj. do roku 2003, v kterém bude řešena etapa E04(2003). V roce 2001
byla dle rozšířeného zadání řešena etapa E02 s následující náplní:
E 02 (2001)
4.
Na základě vyhodnocení výsledků předběžných výpočtových analýz a
projektovaných respektive již v rámci jiných činností realizovaných experimentů na
experimentálním reaktoru VR-1 a na technologických neaktivních smyčkách řady
ADETKA a vyhledávací studie experimentálního zařízení BLANKA vypracovat
komplexní ověřovací program experimentálního ověření (v podmínkách blízkých
provozním) komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i
technologických
charakteristik blanketu transmutoru s kapalným palivem na bázi fluoridů na úrovni
prováděcího projektu s konkrétní specifikací času, činností, parametrů schránky,
blanketu a ozařování, a také programu následných měření po ozáření)
Výstup: 4. Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu
transmutoru Blanka 1
5.
Vývoj a výroba vlastního modelového modulu (2 ampule typu BLANKA 1)
blanketu transmutoru (s využitím vlastních vyvinutých modelových materiálů alespoň
omezeně kompatibilních s vybranými komposicemi fluoridů neštěpných prvků a
fluoridu uranu) a jeho experimentální ověření na experimentálním reaktoru VR-1 a
ozařování na výzkumném reaktoru LVR-15. Komplexní příprava vyhodnocení výsledků
ozařování experimentálního zařízení BLANKA 1 včetně chemických analýz ozářených
2
případně vyhořelých vzorků kompozic paliva na bázi fluoridových solí. Vypracování
studie možného použití dalších fyzikálních, metalurgických a chemických metod pro
vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení BLANKA včetně
ozářených vzorků konstrukčních materiálů případně vyhořelých vzorků kompozic
paliva na bázi fluoridových solí.
Výstup:
5a. Zhotovení experimentálních schránek
5b. Provedení experimentů se dvěma schránkami na VR-1
5c. Vyhodnocení ověřovacích pokusů
5d. Provedení prvního experimentu s 2 schránkami na LVR-15
5e. Studie použití dostupných fyzikálních, materiálových a chemických
metod pro vyhodnocení výsledků ozařování.
6.
Zapojení do společného mezinárodního programu (kontrakt s ruskými
institucemi a příprava kontraktu na zapojení do evropského 5. rámcového programu)
experimentálního ověření (v podmínkách blízkých provozním) komplexních
reaktorově-fyzikálních a částečně i technologických charakteristik modelového modulu
(ampule) blanketu transmutoru v aktivní zóně (nebo v její blízkosti) výzkumného
reaktoru.
Výstup: 6. Prováděcí projekt experimentu v institutu Kurčatova
Celkový výstup za rok 2001:
Komplexní studie experimentálního zařízení BLANKA obsahující výsledky prací
provedených v etapách 4 až 6.
Na závěrečném kontrolním dnu, který se uskutečnil 14.12.2001, byla podána informace
o dosaženém stupni plnění výše uvedeného zadání, zejména naplnění předepsaných
výstupů:
5a.
Byl dokončen vývoj, konstrukce a výroba vlastního modelového modulu a
zhotoveny dvě experimentální schránky každá se dvěma ampulemi typu BLANKA 1
5b.
Byly provedeny přípravné experimenty na experimentálním reaktoru VR-1
(experiment BLAŽKA 1) a experimenty se dvěma schránkami typu BLANKA 1 na
experimentálním reaktoru VR-1 (podprogram BLANKA 02) a vyhodnoceny ověřovací
experimenty.
5c.
Byla provedena série ozařovacích pokusů na výzkumném reaktoru LVR-15
(podprogram BLANKA 03) se vzorky ingotů roztavených technických fluoridů
umístěných v grafitových kelímcích, v evakuovaných a zatavených ampulích
3
z křemenného skla do standardních aluminiových ozařovacích schránek a provedeny
příslušné analýzy a vyhodnocení.
5d.
Byla zpracována předběžná verze jaderně bezpečnostní dokumentace a revize
plánu zabezpečení jakosti v souladu s požadavky SÚJB. Byly vytvořeny všechny
nezbytné předpoklady pro to, aby na základě vyhodnocení všech experimentů a
ozařovacích pokusů a provedení zkušebních manipulací a neaktivních testů
s experimentálním zařízením BLANKA 1 byla bezpečnostní dokumentace a revize
plánu zaručené jakosti zpracována a vydána a vytvořeny tak předpoklady k založení
schránky se dvěma ampulemi typu BLANKA 1 do VR-1 a návazně do LVR-15 a
provedení prvního experimentu se schránkami se dvěma ampulemi typu BLANKA 1 na
VR-1 v prosinci 2001 a návazně na základě vyhodnocení získaných výsledků a
zkušeností i na LVR-15.
5e.
V kooperaci s Ústavem jaderné fyziky AVČR v Řeži a ŠKODA JS a.s. Plzeň
byly vypracovány studie použití dostupných fyzikálních, materiálových a chemických
metod pro vyhodnocení výsledků ozařování.
Plnění náplně Podetapy 6 a jejího výstupu, jehož termín splnění byl stanoven SoD opět
na 15.12.2001, rovněž probíhalo průběžně v souladu s technickým zadáním a byly
vytvořeny všechny potřebné předpoklady pro plnění návazných etap v roce 2002:
Uzavření kontraktu s ruským ústavem Kurčatova bylo dosaženo počátkem srpna, práce
na ruském pracovišti probíhaly bez naší přítomnosti plynule a dle navrženého
prováděcího projektu, o čemž jsme byli průběžně informováni. Podepsáním kontraktu
byly vytvořeny podmínky pro splnění první etapy a předložení průběžné zprávy o
postupu prací a dosažených cílů k 31.8.2001, kterou jsme obdrželi 10.9.2001. Zároveň
budou zahájeny přípravy pro instalaci naší schránky ze speciálního materiálu ŠKODA a
provedení jeho testování pro licencování jako reaktorového materiálu. Schránka byla
fyzicky předána představiteli ústavu Kurčatova 10.9.2001. Dosud není smluvně
zajištěna naše účast na procesu vyhodnocování v Rusku v roce 2002. Je tím ohroženo
včasné vytvoření podkladů pro licencování materiálu ŠKODA a schválení prováděcího
projektu experimentů v ústavu Kurčatova. Aktivity zařazené do projektu BLANKA jsou
v rámci komplexního projektu SPHINX (koncepce transmutoru vyvíjená konsorciem
TRANMSUTACE v rámci projektu podporovaného MPO ČR) zařazeny do evropského
5. rámcového programu (projekt MOST). Kontrakt byl podepsán 31.10.2001 a práce
zahájeny vzápětí na to dle dohodnutého postupu kick-off meetingem svolaným
ústředním koordinátorem CEA Cadarache, Francie již ve dnech 18. a 19.10.2001. První
pracovní porada odborníků projektu MOST se uskutečnila ve dnech 22. a 23.1. 2002
v CEA Cadarache.
Závěrem je možno konstatovat, že celkový výstup za rok 2001: Komplexní studie
experimentálního zařízení BLANKA obsahující výsledky prací provedených v etapách
4 až 6. byl včas a v požadované kvalitě splněn. Příslušná závěrečná zpráva oponovaná
dvěma nezávislými oponenty byla představiteli objednatele předána ve třech výtiscích
dne 7.12.2001.
4
1.1.2 Postup řešení projektu v roce 2002
Předkládaný díl souhrnné zprávy obsahuje plnění náplně dle rozšířeného technického
zadání projektu BLANKA za období celého roku 2002, která je dle technického zadání
definována následujícím zněním:
E 03 (2002)
7.
Na základě výsledků a zkušeností získaných při realizaci experimentálního
zařízení BLANKA 1, vypracovat projekt experimentálního zařízení BLANKA 2,
obsahující mj. komplexní ověřovací program experimentálního ověření (v podmínkách
blízkých provozním) komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i technologických
charakteristik blanketu transmutoru s kapalným palivem na bázi fluoridů včetně návrhu
programu vyhodnocení výsledků ozařovacích experimentů a potřebných chemických
analýz ozářených vzorků obsahující mj. fluoridy aktinidů.
Výstup: 7. Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu
transmutoru BLANKA II
8.
Vývoj a výroba vlastního modelového modulu (3 ampule, z nichž jedna bude
obsahovat materiál MONICR) blanketu transmutoru (s využitím vlastních vyvinutých
modelových materiálů alespoň omezeně kompatibilních s vybranými komposicemi
fluoridů neštěpných prvků a fluoridu uranu) a jeho experimentální ověření na
experimentálním reaktoru VR-1 a ozařování na výzkumném reaktoru LVR-15.
Komplexní příprava vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení
BLANKA 2 včetně chemických analýz ozářených případně vyhořelých vzorků
kompozic paliva na bázi fluoridových solí.
Výstup:
8a. Výroba schránek pro projekt BLANKA 2
8b. Ověření schránek BLANKA 2 na reaktoru VR – 1
9.
Provedení ozařovacích experimentů modelového modulu (ampule) s vybranými
komposicemi fluoridů neštěpných prvků na reaktoru LVR-15 a fluoridů aktinidů (Pu,
Am, Cm a dalších) v institutu Kurčatova (v podmínkách blízkých provozním);
stanovení
komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i
technologických
charakteristik blanketu transmutoru v aktivní zóně (nebo v její blízkosti) výzkumného
reaktoru.
Výstup:
9a. Kontrahovaná mezinárodní spolupráce
9b. Provedení experimentů na reaktoru LVR-15 s ampulemi BLANKA 2
V první části je podrobně představen soubor výsledků a zkušeností získaných
při realizaci experimentálního zařízení BLANKA 1, na jejichž základě je v dalším
předložen záměr na provedení doporučených modifikací a vypracování prováděcího
projektu experimentálního zařízení BLANKA 2 a návrhu komplexního programu
5
experimentálního ověření a plnění Výstupu: 7. Prováděcí projekt experimentálního
ověření charakteristik blanketu transmutoru BLANKA II.
V druhé části je popsán vývoj a výroba vlastního modelového modulu blanketu
transmutoru s vybranými komposicemi fluoridů neštěpných prvků a fluoridu uranu a
komplexní příprava vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení
BLANKA 2 včetně chemických analýz ozářených případně vyhořelých vzorků
kompozic paliva na bázi fluoridových solí. V závěru je pak vyhodnoceno plnění výše
uvedených Výstupů: 8a., 8b., 9a. a 9b.
1.2
1.2.1
Program BLANKA v roce 2002
Experiment č. 1/2002
Časové údaje:
Ozařováno
4.-5.2.2002
Trvání experimentu:
cca 24 hod.
Výkon LVR-15:
9 MWt
Technické údaje sestavy, případné změny:
VNĚJŠÍ SONDA:
hliník
TR 6 mm, 5 TČ
AMPULE:
NÁPLŇ - HORNÍ KELÍMEK:
- DOLNÍ KELÍMEK:
TR 22x1.5 17248 d. 250mm
těsnění
délka 1100 mm,
pod ventilem
grafit
grafit
PP pouzdra
Analytika, měření:
sběr dat, analýza
měření n-pole, dozimetrie
průběžná a konečná analýza plynů
analýza NaFmod., NaF+Mo
Hlavní účel experimentu:
Ověření technologie a metodik,
ověření analýz plynů a náplně
Exp.A,B,C
6
1.2.2 EXperiment č. 2/2002
Časové údaje:
Ozařováno
16.-17.4.2002
Výkon LVR-15:
9 MWt
Trvání experimentu: cca 24 hod.
Technické údaje sestavy, případné změny:
VNĚJŠÍ SONDA:
AMPULE:
NÁPLŇ - HORNÍ KELÍMEK:
- DOLNÍ KELÍMEK
použít skladované části z exp.1/2002
nové R 6 mm, 5 TČ
nově vyrobená ampule, typ jako 1/2002
TR 22x1.5 17248 d. 250mm
těsnění: stejné s úpravou, zesílený Ni
délka 1100 mm, doplnit stínění gama
pod ventilem
grafit
NaF
vylepšit dotek TČ1
grafit
NaF + Mo
PP pouzdra
(výroba 805 -dílny)
Analytika, měření:
sběr dat, analýza
měření n-pole, dozimetrie
průběžná a konečná analýza plynů
analýza NaFmod., NaF+Mo
Hlavní účel experimentu:
Ověření technologie a metodik,
kontrola výsledků experimentu 1/2002
ověření analýza plynů a NaF,
Opakován exp.A,B,C z exp.č.1/2002
Vzhledem k povodňové situaci a následné nedostupnosti vlastních ozařovacích kapacit
(výzkumný reaktor LVR-15 a školní reaktor VR-1) v druhé polovině tohoto roku jsou
zbývající ozařovací práce prováděny jako substituce:
1.
2.
1.3
v neutronově fyzikální a metalurgické části – v KI Moskva na reaktoru IR-8 (viz
příloha).
v radiochemické části – přenesením těžiště experimentálního programu na
experiment 1/2003, který je plánován k provedení na leden 2003 na výzkum.
reaktoru LVR-15.
Návrh programu BLANKA do roku 2003
Uvádíme přehled - návrh plánu experimentů BLANKA
7
PLÁN EXPERIMENTŮ BLANKA V ROCE 2001, 2002 A POLOVINĚ 2003
(NÁVRH)
Čas
Experiment Sonda
experimentu
Ampule
IV/01
VR-1
I/02
BLANKA02
exp.č. 1/2002
BLANKA02
exp.č.2/2002
BLANKA02
exp.č.3/2002
Nerez
NaF
∅22.d.250
dtto
NaF
II/02
III/02
BLANKA
02-A
BLANKA
02-B
BLANKA
02-B
BLANKA
02-B
IV/02
BLANKA02 BLANKA
exp.č.4/2002 02-B
I/03
BLANKA05
exp.č.1/2003
BLANKA05
exp.č.2/2003
Rusko
II/03
III/03
1.4
BLANKA
05
BLANKA
05
Rusko
Náplň
dtto
NaF
MoNiC
∅23 d.250
300?
MoNiCr
∅23 d.250
300?
MoNiCr
∅23 d.300
MoNiCr
∅23 d.300
MoNiCr
∅23 d.300
LiNa
Doba ozař.
Hlavní účel
měření
Fyzikální podklady pro
ozařování
24 hod
Ověření technologie a
4.a 5.2.2002
metodik
24 hod.
dtto, navíc analýzy
16.a 17.4.2002 plynů
týden
Širší program BLANKA
experiment zrušen !!!
LiNa
+UFx
týden
Širší program BLANKA
experiment zrušen!!!
LiNa
+ Ufx
LiNa
+ UFx
Rusko
MS+MA
týden
týden
1000 hod.
Širší program BLANKA
5 graf. kelímků
Širší program BLANKA
podle výsl.exp.1/2003
Program AMPULA
kelímek MoNiCr
Výhled programu BLANKA v návaznosti na program licorn
Tento dlouhodobý výhled je pokusem o logické zapojení programu neaktivních i
aktivních ozařování vzorků, sond i smyček BLANKA do celkového programu
transmutorů.
1. KONCEPCE
1.1. Zásady spolupráce v rámci programu LICORN v Česku
1.2. Zásady mezinárodní spolupráce v rámci 5FP a 6FP
1.3. Zásady mezinárodní spolupráce ostatní (US, RF, ostatní )
2. FYZIKA A VÝPOČTOVÉ KÓDY
2.1. Koncepce blanketů typu 97 a 98, výpočty
2.2. Výpočtové kódy
8
2.3. Validace výpočtových kódů
3. EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘOVÁNÍ A VÝZKUM MATERIÁLŮ NEAKTIVNÍ
3.1. Neaktivní dlouhodobé a paralelní zkoušky laboratorní BLANKA (pece a autokláv)
3.2. Neaktivní smyčky typu ADETTE, EC
3.3. Metodiky vyhodnocování
4 .EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘOVÁNÍ A VÝZKUM MATERIÁLŮ AKTIVNÍ
4.1. Aktivní sondy typu BLANKA (jad. reaktory VR-1, LVR-15, IR-8 aj.)
4.2. Aktivní smyčky typu BLANKA (dtto)
4.3. Metodiky aktivní manipulace
4.4. Metodiky měření a vyhodnocování
4.5. Modelové blankety typu BLAŽKA
5. MODELOVÉ BLANKETY (JADERNÁ ZAŘÍZENÍ)
5.1. Přípravné a projektové práce
5.2. Realizační aktivity, technologické a stavební adaptace
5.3. Realizace modelového blanketu podkritického typu LA-0 (v obj.212, hnací zóna
LR-0)
5.4. Realizace modelového blanketu kritického typu LA-1 (v obj.212, m.135,136)
5.5. Metodiky, vyhodnocování modelových blanketů
6. DEMONSTRAČNÍ TRANSMUTOR (návrh realizace jako mezinárodní demo
projekt) (JADERNÉ ZAŘÍZENÍ)
6.1. Koncepční, přípravné a projektové práce
9
6.2. Realizační aktivity, technologické a stavební nástavby a adaptace, zajištění energií
6.3. Realizace demo transmutoru typu LA-10 (LA-X v obj.212, m.135,136 + nástavby)
6.4. Otázky podílu transmutace a výroby energie
6.5. Metodiky, vyhodnocování jednotlivých fází prací.
7. ŠIRŠÍ SOUVISLOSTI PROCESU TRANSMUTACE
7.1. Přeměna vstupních vyhořelých paliv na MS - front -end (5, 6FP - pyrochemie,
elektrochemie)
7.2. Role vlastního transmutoru
7.3. Zpracování odpadových paliv, recyklace, zpracování akt. odpadů, uložení - backend.
7.4. Mezinárodní spolupráce
8. PRŮVODNÍ AKTIVITY A VÝZKUMY
8.1 Smlouva o nešíření, fyzická ochrana jaderných materiálů
8.2. Jaderná bezpečnost, dokumentace
8.3. Výzkum materiálů (konstrukční materiály, tavené soli MS, grafit a j).
8.4. Vývoj komponentů (izolace, armatury, čerpadla, měřící čidla atd.)
8.5. Transmutace jako součást jaderných programů vč. výhledů
8.6. Ekonomie (investiční a provozní náklady, financování), ekonomické otázky
transmutace
10
2
Prováděcí projekt a zhotovení experimentálního
modulu
2.1
Dokumentace pro zhotovení resp. inovaci
experimentálního modulu
Zhotovení experimentálního modulu předcházela řada prací,
zdokumentovány ve vydaných technických zprávách a materiálech.
které
byly
Práce probíhaly zhruba v následujícím pořádku:
(a)
byla vypracována koncepce a ujasněny souvislosti s dalšími činnostmi v rámci
programu SPHINX a BLANKA
viz lit [1],[2], [3], [4],[5], [9]
(b)
totéž v rámci spolupráce s KI
(c)
domluvena spolupráce s 800, ustaven řešitelský tým (ing.Zmítko, ing. Masařík),
organizována činnost koordinační komise
lit.[8]
(d)
byl vypracován projekt sondy
lit.[18]
(e)
řešeny otázky volby materiálů
lit. [11]
(f)
vypracován plán jakosti
lit.[13], [20]
(g)
provedeny neutronické a teplotechnické výpočty
lit.[10]. [17]
(h)
vypracována dokumentace vlivu sondy na jad. Bezpečnost
lit.[12], [14]
(i)
dořešeno umístění sondy u reaktoru, plynovéhospodářství, řízení experimentu
lit.[15]
(j)
řešeny poradiační manipulace a doprava
(k)
řešeny způsoby meziskladování sondy a RAO
(l)
řešen způsob odběru vzorků a jejich vyhodnocování
(m) vypracována a trvale doplňována výrobní dokumentace
lit.[6]
lit.[23]
lit.[25]
lit.[16]
(n)
zajištěn materiál a organizována výroba sondy A,B vč. kontrol a zkoušek
lit.[20],[26]
(o)
zajištěn materiál a příprava vzorků k ozáření
(p)
montáž sond A, B vč. Testů
lit.[20],[26]
(q)
instalace sondy A na VR-1, měření
lit.[21], [7]
(r)
instalace sondy B na LVR-15
(s)
proveden experiment č. 1/2002
(t)
provedeno vyhodnocení experimentu č.1/2002
lit.[19]
(u)
provedeno vyhodnocení experimentu č.2/2002
lit.[30]
lit.[20]
lit.[20], [22], [27]
lit.[19], [23]
Seznam dokumentace viz kap.5.
11
2.2
Vývoj technologie modulu
POROVNÁNÍ HLAVNÍCH PROJEKTOVÝCH A PROVOZNÍCH
PARAMETRŮ SONDY
Experiment 1/2002
Vytěsnitel
Obalová trubka
Stínění
Ampule
Náplň ampule horní
kelímek
dolní kelímek
∅100 x 950 424415 (hliník),
nosná trubka L=3910
TR60x3 424415
hlavice 424415
∅120x110
rozměrově odpovídá
palivovému článku
celková délka cca 5000 mm
TR 48.3x2, 17248 L=4700
nahoře zakončená
mezipřírubou
celková délka L=960mm
z toho nerez 17246 660mm
karbid C4B 300mm
2/2002
použít
znovu
-"-
-"-
TR 22x1.5, 17248 L=235
hlava ∅45x35 se sondou
pro vnitřní termočlánek T1
zdola šroubovací zátka
s grafitovým těsněním
kompletní délka s ventilem
VPK 442 mm
rozměry tytéž
ampule zavařena
pod argonem
otevírání řezacím
kolečkem
d.108, ∅18, otvor ∅6mm
Prázdný
d.108, ∅18, otvor ∅6mm
prázdný
d.108, ∅18, otvor ∅7mm
NaF
d.108, ∅18, otvor ∅7mm
NaF + Mo
Poznámka:
Užitečná výška experimentálního prostoru schránky je asi 220 mm, vnitřní průměr 19
mm, obsah= asi 60 cm3.
Inertní atmosféru ozařovací ampule tvoří argon nebo vakuum. Objem expanzního
prostoru cca 10 cm3.
2.3
Program zabezpečování jakosti
Pilotní aktivní reaktorová netopená sonda BLANKA 02 je prototypové nestandardní
experimentální zařízení, které se dočasně vkládá do aktivní zóny experimentálního
reaktoru LVR-15 (posice H6) za účelem studia otázek chování materiálu a zařízení v
12
prostředí modelujícím blanket transmutoru (v poli neutronového záření při pracovních
teplotách a tlacích), jakož i studia výzkumných metodik.
Program zabezpečování jakosti pro BLANKA 02 – experiment č.2/2002 je v tab.2-01.
Výčet položek důležitých z hlediska PZJ:
Zařízení :
Sonda BLANKA 02 – provedení 2/2002
Jaderné zařízení:
Výzkumný reaktor LVR-15
Vztah sondy vůči LVR-15:
Dočasné umístění po dobu experimentu
Sonda BLANKA 02 je vybrané zařízení, bezpečnostní třída 3 (vyhl.č.214/97Sb,
příloha.)
Vazby organizací:
Koordinace projektu:
SPHINX – ÚJV Řež a.s., ing. Hron
Řídící organizace:
ÚJV Řež a.s., divize 800, odd. 802 projektu BLANKA 02
Projekt:
AureA, Praha 6
Výroba a montáže:
ÚJV Řež a.s. – odd 805.
Zkoušky:
ŠKODA JS, Orlík, ÚJV Řež a.s.odd.805
Vnitroreaktorová měření:
ÚJV.Řež a.s.- odd.803, Instalace na LVR-15,
Ozařování:
ÚJV Řež a.s. – odd.801
Vztah vůči SÚJB:
povinnost oznamovací
Způsob zabezpečení:
Ve smyslu Vyhl. č.214/97Sb, §32. byl pro sondu BLANKA 02 zpracován Plán jakosti –
lit.[13]., který tento program zabezpečení jakosti zabezpečuje.
13
Tab.2-01
PROGRAM ZABEZPEČOVÁNÍ JAKOSTI
PROCESY a ČINNOSTI - Podle dokumentace Vypracoval
Kontroloval
Schválil
1.Procesy přípravné, zpracování dokumentace
1.1.Projekt sondy
(AUREA-odborná způsobilost)
podpis, datum
Jílek
8/01
Chochlovský
8/01
Hron
8/01
Ryant
Vorel
2. Procesy výrobní –výroba, zkoušky
2.1. Výrobní dokumentace,
Kysela
Zmítko
2.2. Vnější část sondy
opětné použití z exp.1/2002
protokol o převzetí
-"- atd.
2.3. Vnitřní část – ampule + přísl.
Výroba, v.č.1220.1.7. rev.2
(kvalilfikace svářeče)
2.4. Příprava vzorků, plán výzkumu
(odb.způsobilost)
Vorel
Peka
25.2.02
2.5. Příprava fólií
(odb.způsobilost)
2.6. Montáž ampule, v.č.1220.1.7. rev.2
(kvalifikace svařeče)
2.7. Zkoušky těsnosti ampule
(zvl.způsobilost), PK 15.14
2.8. Montáž sondy, v.č. 1220.1.1. rev.2
(odb.způsobilost)
3. Procesy provozní - provedení experimentu
3.1. Instalace sondy do posice H6
(odb.způs.), instrukce o umístění(Mas)
Hron
25.3.02
Erben
Vorel
ŠKODA
28.3.02
Vorel
28.3.02
Vorel
Brož
Masařík
Brož
Sus
Brož
3.4. Vyjmutí sondy z posice H6
instrukce
Masařík
Brož
3.5. Vyhodnocení experimentu
Mikisek
Hron
3.3. Odběr plynů, pracovní postup (Sus)
(odb.způs.)
14
Chochlovský
25.3.02
Masařík
3.2. Experiment č.2/2002
-ozařování, předpokl. průběh (Ch)
(odb.způs.), pokyny pro provedení (Mas)
Uvolnil
2.4
Vliv sondy na jadernou bezpečnost LVR-15
2.4.1 Atomový zákon
S hlediska zákona .č. 18/97 Sb. sonda:
-
je ve smyslu § 2,c zdrojem ionizujícího záření – zařízením které se stává zářičem,
při jehož provozu vznikají radionuklidy a ionizující záření vyšší než 5keV, a
vznikají RAO.
-
není jaderné zařízení - dočasně se stává součástí jaderného zařízení ve smyslu
§2,h– reaktoru LVR-15, jehož jaderná bezpečnost je řešena v bezpečnostní
dokumentaci (bezpečnostní zprávy, LaP (vydání 2, revize 0) aj.)
-
ve smyslu §2j neobsahuje pro prvou fázi prací (experimenty 1/2002, 2/2002 a
3/2002) jaderné materiály.
2.4.2 Koncepce sondy BLANKA 02
Ve smyslu dohod s KI byly převzaty zásady ozařovací sondy BLANKA 02 podle KI
(lit.[6]). Podle lit.[6] se sonda KI umisťuje do AZ nebo periferie AZ reaktoru IR-8
přímo do paliva IRT-3M ze kterého byly vyjmuty 2 vnitřní trubky. Sonda má vnější
průměr ∅32 nebo 35 mm, sestává ze dvou bariérových nerezových trubek a vnitřní
ampule ∅23, délka 300mm.
Sonda BLANKA 02 je na rozdíl od předchozí umístěna do reaktorové buňky (z paliva
IRT-2M nelze vyjímat vnitřní trubky). Tím se změnil jak charakter sondy, tak i její
rozměry a pracovní podmínky. Zůstal prozatím pouze přibližně stejný průměr
experimentální ampule ∅22 mm, délka zkrácena z důvodu poradiační dopravy na 250
mm.
2.4.3 Zásady řešení sondy s hlediska možného vlivu na jadernou
bezpečnost reaktoru
S hlediska možného vlivu sondy BLANKA 02 na bezpečnost hostitelského reaktoru
LVR-15 mohou mít dopad tyto aspekty:
(a)
Sonda BLANKA 02 předpokládá jako experimentální náplně tavené fluoridové
sole
(molten salts = MS), příp. MS + štěpné materiály. To vnáší oproti dnešním
vodním zařízením na LVR-15 novou kvalitu.
(b)
Mezi vodu bazénu LVR-15 a experimentální náplní MS sondy se vkládají 2
oddělovací bariéry (trubka vytěsnitele, obalová trubka) + stěna experimentální
ampule. Prostory mezi bariérami a ampulí zaplňuje inertní atmosféra pod
pracovním tlakem převyšujícím hydrostatický tlak okolní vody reaktorového
bazénu.
15
(c)
Pracovní teploty budoucího blanketu transmutoru počítají s pracovními teplotami
550 až 700°C a malými tlaky. Směřujeme proto k tomu, aby byly teploty a tlaky
experimentální náplně sondy přibližně v tomto rozmezí.
(d)
Protože zatím jako materiál experimentální ampule je k dispozici jen ocel 17248,
kde pracovní teploty jsou na hranici její použitelnosti, jsou experimentální náplně
tavených solí odděleny od materiálu vlastní ampule navíc grafitovým kelímkem.
Pro program transmutoru se vyvíjejí speciální niklové slitiny (MoNiCr, Hastelloy
N) pro práce při uvedených podmínkách. Předpokládáme, že budoucí ampule
budou již z takového materiálu (rok 2003 a další).
2.4.4 Použité materiály
Blanket transmutoru má jako hlavní konstrukční materiály:
-
tavené fluoridové soli
-
grafit
-
niklové konstrukční slitiny
a pracuje pod ochrannou inertní atmosférou (argon, helium).
V sondě BLANKA 02 se tyto materiály používají rovněž. Změny jejich vlastností a
interakce mezi nimi za daných podmínek (teploty a tlaky, neutronové záření) jsou mezi
hlavními cíly prováděných experimentů.
V sondě BLANKA 02 použité materiály:
Tavené fluoridové sole
-
Hi-Chem Praha, čistota pro analýzy, speciálně
upravené pro experimenty
Grafit
-
Morgan, VB, nukleární čistoty
Konstrukční materiál
-
ocel 17248 – viz předchozí poznámka.
Plyny (He, Ar)
-
komerční dodávka Linde-Technoplyn.
2.4.5 Výpočty pracovních podmínek sondy BLANKA 02 v AZ LVR-15
Sonda BLANKA 02 nemá elektrické topení experimentální části.
Vzhledem k žádané vysoké pracovní teplotě sondy (bod 2.4.2.) bylo velmi žádoucí
předběžně zjistit její ohřev od gama-záření. Pro prvé odhady byla použita data
z literatury, např. pro IR-8 – v AZ 3 W/g (lit.[6])
16
prvá řada reflektoru 1 W/g
-
druhá řada reflektoru 0,1 W/g.
Množina trubek a mezer mezi nimi tvoří s hlediska generace tepla z gama ohřevu
složitou soustavu a byly provedeny teplotechnické výpočty (lit.[10],[17]). Pro shodu
výpočtů s citovanou literaturou byl jako pracovní podklad zvolen koeficient 0,5 a jako
první cíle experimentů stanoveno tepelné mapování buňky H6 při postupném zvyšování
výkonu reaktoru. Výsledky jsou v lit.[19]
Výběr z výsledků
teplota T1 –střed grafitu vypočtena (koef.0,5) při 9 MWt
Změřená
965oC
767oC
měřená hodnota = 80% vypočtené.
2.4.6 Interakce NaF s vodou (experiment 1/2002, 2/2002)
Rozpustnost NaF ve vodě je 23 g/litr. NaF v přítomnosti vody je velice stálý,
nehydrolyzuje. Teprve při teplotě 550oC v přítomnosti vodní páry začíná hydrolýza, a to
ještě v přítomnosti katalyzátoru (např. U3O8). V důsledku hydrolýzy se uvolňuje HF a
Na2O, který přechází na hydroxid, a je schopen přítomný HF zpětně rekombinovat na
NaF.
Závěr: Za normálních podmínek do bodu varu vody se v žádném případě nemůže
uvolňovat při interakci kyselina fluorovodíková.
2.4.7 ODHAD MOŽNÝCH HAVARIJNÍCH STAVÚ SONDY BLANKA 02 V
LVR-15
(Experimenty bez jaderných - štěpných materiálů)
Výchozí podmínky
Při odhadu možných neprovozních resp. havarijních stavů sondy BLANKA 02 v LVR15 bereme v úvahu tyto okolnosti:
(a)
Provoz reaktoru během pokusu probíhá v rámci jeho schválených limitů a
podmínek.
(b)
Sonda BLANKA 02 pracuje v rámci projektových limitů
posice H6
teploty kovu ampule do 800oC, obalové trubky do 700oC
tlaky plynů v prostoru 1, 2 a v ampuli max. 200 kPa přetlaku
(zajišťují pojistné ventily). Měřící systémy pracují podle projektu.
(c)
Náplň sondy v experimentech neobsahuje štěpný materiál.
17
Mohou nastat tyto případy:
1.
Závady při manipulacích s neozářenými materiály které probíhají podle projektu
(lit.[18]) a plánu jakosti (lit.[13]). Žádné havarijní situace nemohou nastat.
2.
Závady při manipulacích s ozářenými (aktivovanými nikoliv štěpnými produkty)
materiály, probíhající rovněž podle projektu a plánu jakosti:
a) při manipulacích s vlastní konstrukcí sondy (aktivované konstrukční materiály
zvl. příměsí Co60) ve vodním stínění nebo při transportu v kontejneru.
b) při manipulacích s ampulí – jejím otevírání v HK 3
c) při manipulacích se vzorky – jejich převozu do PHK 8 (obj.250) a jejich
proměřování
Jak vyplývá z popisu, takové nastalé případy nelze považovat za havarijní stavy,
nanejvýš za provozní nehody, které při kvalifikované obsluze a trvalém měření
radiace v okolí nemohou mít žádné následky.
3.
Selhání čidel měření sondy v aktivní zóně
Případy, kdy selže měření teplot (čidla T1 až T6) uvnitř AZ nebo zapracují
pojistné ventily na plynových okruzích nelze považovat za havarijní stav. Takový
případ (zda odstavit reaktor nebo ne) bude řešit provozní předpis reaktoru.
4.
Možný havarijní stav – netěsnost sondy
Za možný havarijní případ sondy považujeme případ netěsnosti vnější bariéry,
kdy dovnitř vnikne voda bazénu o teplotě cca 45oC (výchozí teplotechnická
situace viz lit.[10]), za předpokladu, že tlak plynu v prostoru 2 bude pokusně
snížen pod okolní hydrostatický tlak a jev bude probíhat asi takto:
a) Voda vnikne malým otvorem v hliníkové trubce vytěsnitele, (jehož normální
teplota je přibližně rovná teplotě okolní vody) do prostoru 2, kde teplota plynu a
teplota obalové trubky je do 300oC.
b) Vniklá voda se částečně odpaří, vzniklá pára vytvoří dočasně přetlak odhadem
2x vyšší než pracovní tj. P3 = 400kPa), tlak zastaví vnikání vody dovnitř. Vypne
pojistný ventil na okruhu plynu prostoru 2. Dále jako při selhání čidel. Postupně
bude přetlak klesat a klesat i teplota prostoru 2 a obalové trubky. Voda zaplaví
prostor 2 a postupně bude vnitřek sondy ochlazovat.
c) Při popisovaném jevu krátkodobě stoupne tlak a teplota uvnitř sondy v obalové
trubce a ampuli.
Poznámka: Pracovně můžeme pro srovnání použít výsledky obdobných výpočtů
projektu AMPULA (lit.[6] str.25), kde pro případ vniknutí vody do obou prostorů
vypočetli zvýšení teploty povrchu ampule parou z 973 K na 1518 K tj. 1.56x.
Závěr: Při hypotetické havárii vniknutím vody do prostoru 2 dojde ke
krátkodobém zvýšení tlaků a teplot v sondě, které nepovede k destrukci její
18
konstrukce. Jev nebude mít vliv na reaktor LVR-15 (kromě event. odstavení).
Nedojde k ohrožení okolí únikem radioaktivních látek.
5.
Možnost interakce exp. náplně s vodou
Mezi vodou bazénu a náplní NaF jsou celkem 3 kovové bariéry a nejméně 2
konstrukční mezery naplněné inertním plynem s tlakem převyšujícím
hydrostatický tlak okolní vody teplé asi 45oC. Za těchto podmínek považujeme
možnost interakce vody ohřáté nad bod varu s náplní NaF za pravděpodobnou
v zanedbatelné míře.
2.5
Příprava vzorků a taveniny
2.5.1 Výchozí podmínky
Dne 15.3.2002 a 18.3.2002 byla provedena příprava vzorků pro experiment 2/2002.
Provedl ing. Peka, přítomni ing. Hron, ing. Mikisek a ing. Chochlovský. Komplex byl
připraven v peci CLASSIC za přítomnosti okolní atmosféry. Připravené vzorky
expedovány do ÚJV (ing.Chochlovský) v plastikových sáčcích bez ochranné atmosféry.
2.5.2 Horní kelímek č.1
(a)
Grafitový kelímek - Výroba kelímku podle výrobní dokumentace, zajistil ing.
Peka.
Rozměry: vnější průměr 18mm, délka 108 mm, dno 8mm, stěny 5.5 – 7 – 5.5 mm,
větrací zářez.
Hmotnost grafitu: 40 g.
(b)
Náplň NaF – NaF ve formě litého roubíku získaného po roztavení práškového
NaF v platinové misce při teplotě 1150oC.
Příprava obdobná jako u kelímku č.2, viz níže.
Získaný roubík NaF je kompaktní, průhledný a lze usuzovat, že jeho hustota odpovídá
hustotě monokrystalů.
Rozměry NaF roubíku . délka 62 mm, ∅ 7mm (před smrštěním), hmotnost 5.3g.
2.5.3 Dolní kelímek č.2
(a)
Grafitový kelímek – totéž co v 2.5.2. a)
(b)
Náplň : NaF + Mo
Komplex byl připraven v peci za přítomnosti okolní atmosféry. Reakce přítomného Mo
proběhla pravděpodobně na Na2([Mo O3F2]. Kovový molybden (černý prášek) nebyl
v tavenině pozorován.
19
Příprava byla uskutečněna homogenizací práškového NaF + Mo v množství 10gNaF +
0.1g Mo, teplota reakce a tavení probíhala při teplotě 1150oC. Byla získána průzračná
tavenina, která byla nalita do grafitové pomocné kyvety pro přípravu roubíků. Ztuhlé
roubíky byly vloženy do grafitového kelímku č.2, určeného pro ozařování v reaktoru.
Rozměry NaF+Mo roubíku . délka 73 mm, ∅ 7mm (před smrštěním), celková
hmotnost náplně 6.4g, přítomno 57.3 mg Mo.
2.5.4 Vložení kelímků do ampule
-
Do ampule vložit vždy 2 zaplněné kelímky, ampuli uzavřít šroubovým uzávěrem
ve dně a zaplnit argonem (přetlak 0.7atm, 0.07MPa).
-
Do volného prostoru ve spodním kelímku nad NaF-em vložit měřící fólii nebo
vložený experiment
2.5.5 Vložení ampule do přepravní bedny
-
Soubor (ampuli) vložit do přepravní bedny.
-
Přepravní bednu odeslat do ÚJV.
2.5.6 Výroba PE transportních pouzder s uzavíracím víčkem.
Jako ochranný obal pro přepravu kelímku (rozměr: průměr 18mm, délka 108 mm) po
ozáření v inertní atmosféře do z HK 3 do PHK8, min.4 ks.
2.5.7 Charakteristika použitých materiálů a plynů.
Grafit
Kompaktní grafit je nukleární čistoty v současné době používaný pro výrobu velmi
čistých kovů. Byl získán zVýzkumného ústavu kovů, Panenské Břežany. Dodavatel:
Morgan, Velká Britanie. Radiační odolnost grafitu: deformace od dávek neutronů nad
50 keV vyšších než 1022 n/cm2
Fluorid sodný
použitý fluorid sodný NaF byl čistoty pro analýzy. Dodavatel: HiChem, PrahaBěchovice
Molybden
Použit molybden čistý, práškový, kovový LACHEMA Brno
Argon
Parametry dodávaných plynů fy LINDE-TECHNOPLYN. Hodnoty pro průmyslově
dodávaný argon:
20
argon
4.6
čistota v
obj.%
99.998
příměsi ppm
v plynné fázi
kyslík
max. 3
dusík
max.10
voda
max. 5
CaHm
max. 0.5
cena láhev 50 litrů
Kč bez DPH
2140
spektro
5.0
6.3
5.6
6.0
99.998
99.999
99.9993
99.9998
99.9999
3
10
5
0.5
2
5
3
0.2
1
3
2
0.1
0.7
1
1
0.1
0.3
0.5
0.5
0.1
4963
16988
20500
26000
10/00-zdroj t.7210-0111 - odbyt, - 0228 ing. Horák. LINDE/Technoplyn.
2.6
Mechanické zkoušky sondy a testy před vložením do
reaktoru
Po fázi výroby sondy a montáže a po provedení výrobních zkoušek a kontrol (např.
kontrole svarů) před instalací do reaktoru LVR-15 ve smyslu čl. 3.7. projektové
dokumentace je nutno provést řadu komplexních a ověřovacích zkoušek celé sondy
(v konečné délce asi 5000 mm + hlava ) modelujících hlavní poradiační operace (na
vhodném místě, např. v dílnách), a to
(a)
Před smontováním sondy provést zkoušky těsnosti ampule při 20 a 650oC
(b)
Po částečném smontování sondy provést modelovou zkoušku otevření (rozebrání)
hlavy a vyjmutí vnitřních částí tj.ampule + přívodní potrubí s ventilem
(c)
Po úplném smontování sondy
zkoušky těsnosti obalové trubky a vytěsnitele
zkoušku funkce termočlánků – zkoušku správného dotyku termočlánků
TČ1 – s náplní NaF
TČ 2,3,4, - s povrchem ampule
TČ 5,6 – s povrchem obalové trubky.
Zkoušku provést např. vnějším zdrojem tepla (horký plyn).
(d)
Ukončit modelové zkoušky záznamem.
3
Komplexní program experimentálního ověření
3.1
Experimenty s instrumentovanou sondou BLANKA 02
(Experimenty 1/2002 a 2/2002)
3.1.1 Zadání a realizace experimentů.
Hlavním účelem pilotního experimentu BLANKA 02 - č.1/2002 bylo:
21
-
ověření celkové koncepce a projektu sondy, ověření technologie její výroby a
montáže,
-
ověření její instalace do posice H6 reaktoru LVR-15 a chování v neutronovém
poli až do výkonu reaktoru 9 MWt.vč sběru a vyhodnocení dat,
-
vyzkoušení způsobů poradiační manipulace, demontáže a dopravy ozářených
materiálů,
-
ověření metodik a uskutečnění analýz ozářených plynů a materiálů.
V tomto smyslu bylo zadání provedení dílčích experimentů A, B a C k ověření
vypočtených neutronických a teplotechnických výpočtů a skutečných limitních
teplotních zatížení.
Vlastní modelový pilotní experiment 1/2002 se konal 4. a 5. února roku 2002. Předtím
během roku 2001 byl experiment připravován koncepčně a technicky, byly provedeny
výpočty, koncem roku byla zpracována výrobní dokumentace a poté byly součásti
experimentu vyrobeny a odzkoušeny. Poté, co byl experiment připraven a nainstalován
do reaktoru, bylo provedeno vlastní ozáření sondy v reaktoru a provedeny předepsané
testy, které měly za cíl hlavně ověřit výsledky výpočtů, především teplotechnických a
ověřit pracovní a manipulační postupy.
Kolektiv řešitelů rozhodl při tomto prvním experimentu uvnitř kelímků v ampuli použít
pouze grafit. Experimentální sonda byla umístěna do reaktorové pozice H6, trvání
experimentu bylo stanoveno na 24 hodin. Cílem experimentu bylo rovněž ověření
plánovaných poradiačních manipulací. Experiment 1/2002 posloužil k vychytání všech
menších nedostatků a k naladění postupů měření a manipulací se sondou. Detailní
průběh experimentu 1/2002 viz [19].
Druhý experiment se sondou BLANKA, tj. experiment 2/2002, byl proveden 16.17.4.2002. Sonda tentokrát obsahovala 2 vzorky fluoridových solí – jeden s čistým NaF
a druhý s NaF do kterého bylo přidáno malé množství molybdenu (modelový štěpný
produkt). Popis průběhu experimentu a výsledky všech měření jsou obsaženy
v následující kapitole této zprávy.
Hlavním účelem experimentu BLANKA 02 - č.2/2002 bylo podobně jako v pilotním
experimentu č.1/2002
22
-
zdokonalení celkové koncepce a projektu sondy, zdokonalení technologie její
výroby a montáže (oproti experimentu č.1/2002)
-
opětovné ověření instalace do posice H6 reaktoru LVR-15 a chování v
neutronovém poli až do výkonu reaktoru 9 MWt.vč sběru a vyhodnocení dat,
-
vyzkoušení a zdokonalení způsobů poradiační manipulace, demontáže a dopravy
ozářených materiálů,
-
opětovné ověření metodik a uskutečnění analýz ozářených plynů a materiálů.
V tomto smyslu bylo zadání provedení dílčích experimentů A, B a C k ověření
vypočtených neutronických a teplotechnických výpočtů a skutečných limitních
teplotních zatížení (stejně jako při experimentu 1/2002). Cílem experimentu 2/2002
bylo rovněž ověření inovovaných poradiačních manipulací.
Experiment 2/2002 následoval po experimentu 1/2002 a byl co se týče fyzikálních
podmínek koncipován velmi podobně jako exp.1/2002. Náplň fluoridových solí ve
druhém experimentu pak oproti prvnímu přineslo nové poznatky zejména při provádění
spektrometrických analýz.
3.1.2 Vyhodnocení Experimentu 2/2002 (a jeho srovnání
s experimentem.1/2002)
Vzhledem k faktu, že vyhodnocení experimentu č.1/2002 sloužilo především
k odzkoušení manipulací a metodik a dále k potvrzení, že nedojde k nežádoucím jevům
jako např. překročení stanovených limitů apod. je v této kapitole obsažen hlavně popis a
vyhodnocení experimentu 2/2002, který se již odehrával s fluoridovými náplněmi, a
který nám již poskytl první důležitou informaci o vzájemné interakci zainteresovaných
materiálů, jež budou součástí vyvíjeného transmutačního systému. Podrobný popis
experimentu 1/2002 viz [19],[29]. Detailní zpráva o experimentu 2/2002 viz [30].
Použité materiály - náplně
(a)
Grafit
Použitý grafit, stejně jako v pilotním experimentu, je nukleární čistoty v současné
době používaný pro výrobu velmi čistých kovů.
Byl získán z Výzkumného ústavu kovů, Panenské Břežany.
Dodavatel: Morganit, Velká Britanie.
Z tohoto byly vyrobeny - horní a dolní kelímek. Oba kelímky v experimentu
č.2/2002 již obsahovaly náplň fluoridových solí, jež byly pod inertní argonovou
atmosférou.
(b)
Argon
Použit byl argon čistoty 4.6 fy LINDE-TECHNOPLYN.
(c)
Fluoridové sole
V obou grafitových kelímcích byly obsaženy fluoridové soli technické čistoty.
V horním kelímku byl pouze NaF o hmotnosti 5.3g. Dolní kelímek obsahoval
6.4g NaF-u s příměsí 57.3mg molybdenu (tím byl ve vzorku obsažen modelový
štěpný produkt). Použitý NaF měl hustotu ρ=2.79g/cm3, jehož teplota tání činí asi
990°C.
Příprava experimentu
Pod vlivem zkušeností s experimentem 1/2002 byly v konstrukci sondy provedeny
některé inovace:
23
-
Dno ampule původně šroubovací s těsněním bylo po naplnění ampule grafitovými
kelímky se vzorky přivařeno. Důvodem je nutnost zajištění těsnosti i při velkém
rozpětí teplot.
-
Ventil přívodu argonu do ampule V11 byl přesunut co nejblíže horní přírubě
ampule.Důvodem je po zkušenostech s vysokou radiační zátěží obsluhy při odběru
poradiačního plynového vzorku na podlaze reaktorového sálu nad otvorem do
horké komory rozhodnutí tento vzorek odebrat uvnitř horké komory.
-
V horním kelímku uvnitř ampule je oproti minulému experimentu umístěn NaF. V
dolním kelímku pak je NaF a Mo.
-
Z výše zmíněných inovací vyplynula nutnost horkou komoru vybavit přípravkem,
ve kterém lze manipulovat s ventilem V11, demontovat šroubení nad tímto
ventilem, umístit zařízení k odběru plynového vzorku, toto zařízení přišroubovat k
ampuli a odebrat z ní plynový vzorek, poté odběrové zařízení od ampule opět
odšroubovat, dno ampule odříznout, vysypat z ampule grafitové kelímky se
vzorky, vložit je do polypropylenových pouzder naplněných argonem a připravit
je k expedici. Všechny tyto činnosti se podařilo zabezpečit návrhem a výrobou
víceúčelového přípravku.
-
K odebrání plynového provozního vzorku bylo odběrové zařízení uzpůsobeno tak,
aby do okolí nemohly proniknout plyny ze sondy.
Z experimentu 1/2002 byla znovu použita vnější hliníková trubka sondy s horní
přírubou, střední nerezová dole uzavřená trubka s mezipřírubou a stínící zátka. To vše
bylo v mezidobí umístěno v parkovací poloze uvnitř reaktoru. Přívodní plynové trubky
k sondě, panel ovládání plynových okruhů s armaturami a snímači tlaku, tlaková stanice
plynů s redukčními ventily a přívodním potrubím a systém měření a vizualizace zůstaly
rovněž zachovány z minulého experimentu.
Nová je ampule s grafitovými kelímky a vzorky, termočlánky, ventil V11 se šroubeními
a nerezovými trubičkami až k horní přírubě sondy.
Před vlastním experimentem byly všechny části sondy a příslušenství a všechny
pracovní postupy odzkoušeny a prověřeny. Týkalo se to zejména poradiačních operací,
takže spolehlivě bylo odzkoušeno odstřihování nerezových trubiček ∅6 mm prázdných
i s pěti termočlánky uvnitř nůžkami na plech s prodlouženými rukojeťmi, což je potřeba
k odstřižení ampule nad otvorem do horké komory. Byla mnohokrát prověřena funkce
víceúčelového přípravku do horké komory nejprve v dílenských podmínkách a poté
přímo v horké komoře z hlediska spolehlivého provedení všech požadovaných činností.
Byly provedeny tlakové zkoušky na těsnost všech částí sondy a odzkoušeny funkce
měření a vizualizace. Vlastní experiment byl zahájen teprve po úspěšném provedení
všech zkoušek.
Průběh ozařování
-
24
Do jednotlivých prostor sondy byly plyny napuštěny způsobem zaručujícím, že
plyn bude obsahovat co nejméně vzduchu. Byla vždy nejprve provedena vakuace
a poté napuštění plynu, což se opakovalo 5x. Bylo provedeno nastavení tlaků
plynů v jednotlivých prostorech dle zadání.
-
16.dubna v 11.20h bylo zahájeno najíždění reaktoru. Započala fáze experimentu,
označená A. Spočívala ve zvyšování výkonu reaktoru po krocích vždy s
prodlevou 30 až 60 minut k ustálení teplot. Fáze A měla skončit dosažením
některého teplotního limitu nebo výkonu 9 MW.
-
Ve 12.00h bylo dosaženo výkonu 2.5 MW. Na ustálení hodnot se čekalo až do
13.07h, kdy teprve byly hodnoty veličin zapsány.
-
Další prodlevy se konaly při výkonu reaktoru 5 - 7.5 - 9 MW. Zapsané hodnoty
jsou ve směnovém deníku a v paměti počítačového systému. Je třeba poznamenat,
že tlaky jsou indikovány v absolutních hodnotách tlaku.
-
Fáze A skončila v 15.33h dosažením a zapsáním provozních hodnot při výkonu 9
MW. Teplotních limitů tedy dosaženo nebylo. Vydán pokyn ke snížení výkonu
reaktoru na 5.4 MW.
-
Tím započala fáze B experimentu, spočívající ve vakuaci 2. prostoru po krocích
při stálém výkonu reaktoru 5.4 MW. Kroky byly stanoveny na 150, 100, 50, 10 a
2 kPa. Dosažením nejhlubšího dosažitelného vakua nebo některé limitní teploty
měl experiment končit. Rovněž zde se na ustálení teplot a tlaků čekalo nejméně 30
minut.
-
Nejhlubšího vakua bylo dosaženo v 19.40h, hodnoty byly zapsány ve 20.15h.
Limitní teploty dosaženo nebylo. Tím fáze B končila.
-
Prostor 2 byl opět dotlakován heliem a započala fáze C. Spočívala v postupné
vakuaci prostoru 1 opět při stálém výkonu reaktoru 5.4 MW.
-
Započalo se ve 22.15h a dosaženo nejhlubšího vakua bylo v 8.47h. Limitní teploty
dosaženo nebylo. Tím fáze C skončila.
-
V 9.55h prostor 1 opět dotlakován heliem.
-
V 11.30h odebrán provozní plynový vzorek z ampule do vakuované odběrové
nádobky. Tlak v ampuli přitom poklesl z původních 265.5 kPa na 59.6 kPa.
Operaci kontroloval dozimetrista, který na povrchu odběrové nádobky poté
naměřil 9 mR/h.
-
V 11.55h vydán pokyn k pomalému odstavení reaktoru. Ve 12.10h reaktor na
nule. Tím ozařovací experiment skončil.
Je třeba poznamenat, že bazénová voda v reaktoru měla před experimentem teplotu asi
50°C. Při uvádění reaktoru na výkon teplota kolísala, hodnoty jsou zapsány v
provozním deníku. Při fázi A při výkonu 5 MW byla 17.7°C a pak stoupala až na
46.2°C. Při fázi B a C měla kolem 33°C.
Poradiační část experimentu
-
Horká komora číslo 3 (HK3) byla připravena pro příjem ampule s příslušenstvím,
to znamená vyklizení, dekontaminace, kontrola manipulátorů, světel, dopravníku
atd. V HK3 jsou připraveny dvě polypropylenové schránky, misky, víceúčelový
25
přípravek k odřezání dolní zátky ampule, poradiační odběrové plynové zařízení a
montážní klíče. Je připravena argonová láhev s příslušenstvím.
-
Rozebrání víka reaktoru.
-
Odtlakování obou heliových prostor do ventilačního systému z důvodů
bezpečnosti práce.
-
Odstřižení termočlánků nad hlavou sondy.
-
Uzavření ventilu V10 nad hlavou sondy. Demontáž tří nerezových trubek mezi
hlavou sondy a okrajem vnitřní části reaktoru. Zbylá část systému plynového
hospodářství zůstává připravena pro další experiment.
-
Povolení čtyř matic na hlavě sondy. Montáž závěsu sondy.
-
Najetí jeřábu nad pozici sondy a za dozimetrické kontroly vytažení vnitřní
vestavby - horní příruba, stínící zátka, 2 trubičky a ampule. Střední a vnější trubka
zůstanou v reaktoru.
-
Vzhledem k tomu, že dle výpočtu je aktivita ampule 1x1012 Bq, bylo rozhodnuto
celou vnitřní vestavbu transportovat do HK3 vzduchem. Nad otvorem do HK3
byly instalovány vodící provazce, hala vyklizena a transport bez problémů
proveden.
-
Manipulátorem v HK3 je uzavřen ventil V11.
-
Otvor do HK3 je co nejvíce odstíněn.
-
Do HK3 je spuštěn závěs, který je v HK3 připevněn na ampuli.
-
Z HK3 je vnitřní vestavba povytažena tak, že až těsně pod podlahou reaktorového
sálu se objeví ventil V11 a šroubové spoje Parker na obou nerezových trubkách.
-
Těsně nad těmito šroubovými spoji jsou na podlaze sálu obě trubičky upravenými
nůžkami přestřiženy.
-
Ampule je na závěsu spuštěna do HK3.
-
Nůžkami jsou přestřiženy ještě 2 m radioaktivních nerezových trubiček a spuštěny
rovněž do HK3 jako radioaktivní odpad. Zbytek horní části vestavby sondy je
vrácen zpět nad reaktor a spuštěn zpět do sondy v pozici H6. Sonda je smontována
a po vytažení vnější dozimetrické tyčky z vytěsnitele je přesunuta do parkovací
polohy.
-
Ampule je v HK3 usazena do přípravku a postupně se vykonávají tyto operace:
-
Demontáž šroubového spoje nad ventilem V11.
Připojení vakuovaného odběrového zařízení k ventilu V11, otevření ventilu V11 a
ventilu odběrového. Po ukončení odběru opět uzavření obou ventilů, odšroubování
odběrového zařízení.
Odřezání dna ampule, vysypání obou grafitových kelímků do misky.
Vyjmutí plíšků vnitřní dozimetrie z dolního kelímku.
Oba kelímky jsou bez prodlení přemístěny do polypropylenových schránek, jejichž
víka jsou poté zašroubována a schránky ihned profukovány argonem. Malý přetlak
argonu v nich poté zůstane. Tak jsou v HK obě schránky s grafitovými kelímky
-
26
uvnitř připraveny k transportu do objektu 250 k analýzám. Rovněž je zde připraveno
odběrové zařízení s odebraným plynem k transportu tamtéž.
Zkušenosti, závěry a doporučení
-
Sonda byla perfektně dlouhodobě těsná, všechna měření tlaků a teplot bezchybně
měřila, zobrazování a záznam dat byl bez chyby.
-
Při srovnávání výsledků měření s experimentem 1/2002 je třeba mít na paměti, že
i když jsou výkon reaktoru a konfigurace zóny stejné, neutronový tok v daném
místě stejný není. Podstatný vliv na tepelnou bilanci má i teplota vody v reaktoru.
-
Všechny inovace provedené po zkušenostech z experimentu 1/2002 se
jednoznačně osvědčily.
-
Je k dispozici soubor naměřených dat. Vzhledem k zaseknutí se ukázalo, že vnější
dozimetrická tyčka nevykazuje známky odpovídajícího ozáření, neboť zřejmě
nebyla zasunuta do vytěsnitele úplně. Kontrola tohoto zasunutí nyní není
spolehlivá, tyčka je lehká, nadnášená vodou a pravděpodobně uvnitř vodící trubky
těsná. Pro příště je třeba měřící tyčku dotlačit do správné pozice. Všeobecné
chování sondy během experimentu 2/2002 bylo bezchybné (stejně jako v případě
experimentu 1/2002). Tím lze považovat projekt sondy, její výrobu, použité
materiály, instalaci v LVR-15 a poradiační operace za dobře ověřené a velmi
dobře použitelné pro další fáze programu BLANKA.
3.1.3 Teplotechnika
Sonda BLANKA 02/B byla v pozici H6 reaktoru LVR-15, 16.-17.4.2002.Výsledné
naměřené teploty se téměř shodovaly s experimentem č.1/2002. Jak vidno z tab.3-01
jsou rozdíly v naměřených hodnotách asi 15oC (T1) tj. v řádu asi 2% a průběhy teplot
jsou souběžné. V celku tedy považujeme výsledky za shodné a jeden z účelů tohoto
exprimentu kontrola a ověření výsledků experimentu č.1/2002 za provedený a splněný
velmi dobře.
Vyhodnocením výsledků obou experimentů č.1/2002 a 2/2002 můžeme stanovit
základní teplotechnická data pro sondu BLANKA 02 pro výkon reaktoru 9 MWt
-
max. pracovní teploty v experimentálním prostoru ampule 750 -770 oC
-
rozpětí ohřevu sondy napříč buňkou H6 se mění až ve velkém rozmezí
-
vliv helia v prostorech 1 a 2 na teplotechniku sondy je malý.
27
Tab.3-01: BLANKA 02 -Porovnání naměřených hodnot experimentů 1/2002 a
2/2002
(významné limitní hodnoty vyjmuté ze záznamu měření teplot:a tlaků).
Experiment
A
1/2002
Výkon
reaktoru MWT 100%
9
Teplota oC
Termočl. T1 (středový)
767
T2 (ampule-nahoře) 728
T3 (ampule střed) 743
T4 (ampule dole) 735
T5 (obal. trubka) 603
Tlak
P3 (prostor2 )
KPa
P4 (prostor 1)
cca300
P5 (ampule)
2/2002
rozdíl
Po sjetí na
na 60 (55)% výkonu
1/2002
2/2002
rozdíl
9
0
5.4
5.0
-0.4
752
721
723
727
568
246
246
277
-15
-7
-20
-8
-35
602
573
584
585
457
151
141
135
565
536
541
550
398
230
230
268
-37
-37
-43
-35
-59
Experiment
B
1/2002
Výkon
reaktoru MWT 60%
5.4
Teplota oC
Termočl.
T1 (středový)
648
T2 (ampule-nahoře) 620
T3 (ampule střed) 631
T4 (ampule dole) 631
T5 (obal. trubka) 522
Tlak
P3 (prostor2-He ) 2
KPa
P4 (prostor 1-He) cca 300
P5 (ampule-Ar)
cca 300
2/2002
rozdíl
5.4
662
637
640
645
529
2,3
238
270
+14
+17
+9
+14
+7
Experiment
C
1/2002
2/2002
5.4
5.4
634
585
599
592
473
cca 300
3
cca 300
628
588
588
592
266
230
2
266
rozdíl
-6
+3
-11
0
-207
3.1.4 Neutronická měření
Podobně jako v experimentu č.01/2002 byl měřen fluenční příkon neutronů pomocí
aktivačních detektorů umístěných blízko fluoridového vzorku uvnitř ampule. V tabulce
3-02 jsou pro srovnání uvedeny výsledky měření z obou experimentů (1/2002 a 2/2002).
Monitory uložené u vzorku
Fluenční příkon (cm-2 s-1)
Poloha Y= 0 cm
28
Tab.3-02: Porovnání fluenčních příkonů u experimentů 1/2002 a 2/2002
0 - 0.2 eV
0.2 eV - 1 keV 1 keV - 10
keV
10 - 100 keV 0.1 - 20 MeV Total
Výpočet
7.23E+13
3.06E+13
7.99E+12
1.06E+13
4.60E+13
1.68E+14
Experiment
12.2.02
4.67E+13
3.01E+13
8.54E+12
1.10E+13
4.49E+13
1.41E+14
V/E
1.55
1.02
0.94
0.97
1.02
1.19
Experiment
22.4.02
3.94E+13
2.43E+13
6.73E+12
9.26E+12
3.86E+13
1.18E+14
V/E
1.84
1.26
1.19
1.14
1.19
1.42
29
Obr.3-01: Schema okruhů sondy BLANKA02
30
0
5
10
15
20
25
30
35
Výkon
.4
17
.2 0
0
21
:0 0
2 :0
3 :0
4 :0
25
26
40
.4
17
.2 0
0
27
02
02
21
LVR15_T010
.4
17
.2 0
0
20
.4 .
02
1
0
0
0
:0 0
:0 0
:0 0
8 :0
9 :0
0 :0
1 :0
12
LVRP_Tvst
2
.4 .
00
2
.
17
2
.4 .
00
2
13
14
45
Obr.3-02: Experiment 2/2002 – časový průběh výkonu LVR-15 a teplot vody
o
[ C]
.2 0
0
2
.4 .
00
2
4 .2
0
2
.4 .
00
2
00
2
21
50
.4
.2 0
0
2
.4 .
.
17
.4
.2 0
0
2
.4 .
.4
17
.2 0
0
21
Provozní hodnoty při experim entu BLANKA_02-2
16
.4 .
20
0
21
16
.4 .
0 :0
2
0
0
02
16
11
.4 .
:0 0
20
0
2
16
12
.4 .
:0 0
20
0
2
16
13
.4 .
:0 0
20
0
21
16
.4 .
4 :0
20
0
0
21
16
5 :0
.4 .
20
0
0
21
16
6 :0
.4 .
20
0
0
21
16
.4 .
7 :0
20
0
0
21
16
8 :0
.4 .
20
0
0
2
16
19
.4 .
:0 0
20
0
2
16
20
.4 .
:0 0
20
0
2
16
21
.4 .
:0 0
20
0
22
16
.4 .
2 :0
20
0
0
22
17
3 :0
.4
0
20
:0 0
17
17
17
17
00
2
4 .2
0
17
17
17
17
17
.4
17
.2 0
0
0
0
0
0
:0 0
:0 0
:0 0
5 :0
6 :0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
[MW]
31
32
[kPa]
0
50
100
150
200
250
0
300
0 :0
:0 0
:0 0
3 :0
14
21
0
:0 0
5 :0
16
17
0
:0 0
:0 0
8 :0
0
:0 0
:0 0
0
:0 0
BLANKA_P05
BLANKA_P04
BLANKA_P03
BLANKA_P02
0
BLANKA_P01
:0 0
2 :0
3 :0
0
:0 0
5 :0
6 :0
0
0
:0 0
0
:0 0
:0 0
1 :0
12
350
20
.4 .
02
1
11
12
02
1
00
2
20
.4 .
02
1
19
20
1 :0
22
23
:0 0
0 :0
0
00
2
21
00
2
00
2
24
00
2
00
2
27
8 :0
29
10
02
1
00
2
21
0
:0 0
3 :0
14
15
400
2
.4 .
00
2
20
.4 .
2
.4 .
00
2
2
.4 .
00
2
20
.4 .
02
2
02
2
2
.4.
2
.4.
2
00
2
.20
0
2
20
.4 .
2
.4 .
00
2
00
2
20
450
2
.4 .
00
2
2
.4 .
.4
.2 0
0
2
.4 .
00
2
2
.4 .
00
2
2
.4 .
00
2
20
.4.
.4
.20
0
2
.4.
.4
.20
0
2
.4.
.4
.20
0
.4.
.4
.4 .
00
2
2
.4 .
.4
.2 0
0
2
.4 .
.4 .
Provozní hodnoty při experim entu BLANKA_02-2
Obr.3-03: Experiment 2/2002 – časový průběh tlaků plynů
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
1
6 .4
.
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
02
1
0
:0 0
:0 0
6 :0
0
0
BLANKA_T05
100
50
BLANKA_T04
BLANKA_T03
BLANKA_T02
BLANKA_T01
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Obr.3-04: Experiment 2/2002 – časový průběh teplot
o
[ C]
650
1:0
2:0
23
24
00
2
0
0
:0 0
:0 0
5:0
26
27
0
:0 0
:0 0
8:0
29
21
0
:0 0
0:0
1:0
12
21
700
02
.4
17
20
.4 .
02
1
0
0
:0 0
3:0
4:0
15
750
.20
0
2
.20
0
2
2
00
2
.20
0
20
.4 .
02
1
00
2
2
.4 .
00
2
800
.
4.2
0
.4.
.4
17
.4.
.4
17
.20
0
.20
0
.4.
.4
.4
.20
0
2
.4 .
.4
.20
0
2
.4 .
16
Provozní hodnoty při experim entu BLANKA_02-2
16
.4 .
2
0
02
16
10
.4 .
:0 0
20
0
21
16
.4 .
1:0
20
0
0
21
16
2:0
.4 .
2
0
0
02
16
13
.4 .
:0 0
20
0
21
16
4:0
.4 .
20
0
0
21
16
5:0
.4 .
20
0
0
21
16
6:0
.4 .
20
0
0
2
16
17
.4 .
:0 0
20
0
21
16
8:0
.4 .
20
0
0
2
16
19
.4 .
:0 0
20
0
2
16
20
.4 .
:0 0
20
0
22
16
1:0
.4 .
2
0
0
02
16
22
.4 .
:0 0
20
0
22
17
3:0
.4
0
20
:0 0
17
17
00
2
.20
0
17
.4
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
00
2
0
0
:0 0
:0 0
33
34
0
200
400
600
800
1000
1200
0
NaF
0,005
C
0,01
Ocel
Ar
0,015
radius,m
He
0,02
0,025
Ocel
Radiální rozložení teploty v sondě BLANKA
(vypočtené a změřené hodnoty)
Obr.3-05: Radiální rozložení teplot v sondě BLANKA02 pro Ar náplň uvnitř sondy
T,C
He
0,03
Al
0,035
ExpC
ExpB
ExpA
Teor.
Obr.3-06: Ampule pro exp. 1/2002 a 2/2002
35
Obr.3-07: Souhrnný pohled na (zleva resp.shora): nerezovou střední (obalovou) trubku,
vnitřní nerezovou schránku (ampuli), vnější hliníkovou válcovou trubku a vnější
hliníkové čtyřboké pouzdro sondy BLANKA02
36
Obr.3-08: Vnitřní součásti sondy BLANKA02
Obr.3-09: Demontáž ampule v horké komoře po experimentu 1/2002
37
Obr.3-10: Pohled do AZ LVR-15 se sondou BLANKA
Obr.3-11: Pohled na ovládací pult plynového hospodářství v reaktorové hale
38
Obr.3-12: Pohled na kontrolní display ve velíně reaktoru LVR-15, na kterém se
zobrazují hodnoty teplot a tlaků v sondě a plynových okruzích
39
Obr.3-13: Detail ampule pro experiment č.02/2002
40
Obr.3-14: Nácvik demontáže (odřezání dna) ampule pomocí víceúčelového přípravku
pro experiment 2/2002
Obr.3-15: Nácvik poradiačního odběru plynného vzorku pomocí víceúčelového
přípravku pro experiment 2/2002
41
Obr.3-16: Pohled do velína reaktorových smyček na vyhodnocovací systém experimentu
Obr.3-17: Demontáž ampule v horké komoře zde již pomocí víceúčelového přípravku
po experimentu 2/2002
42
3.2
Zkoušky a ozařovací experimenty na reaktoru VR-1
3.2.1 Úvodní část, zadání prací.
Ozařovacím experimentům sondy BLANKA02 ve výzkumném reaktoru LVR-15
předcházely zkoušky a ozařovací experimenty sondy na školním reaktoru VR-1. Toto
relativně náročné experimentální zařízení, určené pro komplexnější ověřovací a
ozařovací experimenty ve výzkumných reaktorech, bylo v ÚJV Řež a.s. vyrobeno ve
dvou provedeních. První, jednodušší, je určeno právě pro experimenty na reaktoru VR1, druhé, složitější a lépe vybavené, pak pro experimenty na reaktoru LVR-15.
KJR FJFI zajišťovala pro založení zařízení (kanálu) BLANKA 02 do reaktoru VR-1
konstrukci a výrobu speciálního závěsu a dále i úpravu nosné části halového jeřábu pro
lepší manipulace s celou sondou (je dlouhá téměř 5 m) i s jejími vnitřními částmi.
V roce 2001 a začátkem roku 2002 se práce zaměřily na vypracování části prováděcího
projektu experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru BLANKA I.
Konkrétně se pak uskutečnily zejména tyto práce, tvořící I.etapu experimentálních prací
na reaktoru VR-1:
-
Celkové posouzení a zhodnocení chování modelového kanálu transmutoru za
podmínek blížících se provozním podmínkám
-
Ověření manipulací se zařízením BLANKA 02 na rektoru VR-1 (mimo reaktor
a v manipulační nádobě H02 reaktoru VR-1)
-
Příprava technologického a experimentálního ověření zařízení BLANKA 02
na experimentálním reaktoru VR-1
-
Vypracování jaderně bezpečnostních analýz
-
Vložení sondy BLANKA 02 do jaderného reaktoru VR-1 pouze s neštěpnou
náplní fluoridů
-
Ozařování sondy v různých pozicích a při různém výkonu
-
Proměření relativního rozložení hustoty toku tepelných neutronů v místech
určených pro fluoridové roubíky
-
Vyhodnocení aktivních zkoušek na VR-1
-
Příprava programu pro další etapy zkoušek s výhledem experimentů s použitím
fluoridů obsahujících štěpitelný materiál (uran).
Na základě analýz a dalších etap experimentů lze pak posléze postupně koncipovat dílčí
příspěvek ke komplexnímu návrhu experimentálního programu.
3.2.2 Experimentální program měření se zařízením BLANKA 02
na reaktoru VR-1
Experimentální program pro I. etapu zkoušek zařízení na reaktoru VR-1 byl
připraven a realizován v několika krocích:
43
-
V prvním se uskutečnily ověřovací manipulace se zařízením (jeho očištění,
zavěšení na připravený závěs, vizuální kontrola, zavezení do suché reaktorové
nádoby H02, ověření připraveného způsobu zakládání na nosná pravítka
regulačního systému, těsnostní zkouška v napuštěné nádobě H02, ověření úchytů
– zda zařízení neplave apod. a opětovná vizuální kontrola)
-
V druhém kroku se uskutečnilo založení zatím nenaplněného zařízení (rozumí se
nenaplněných grafitových pouzder) do určené pozice v reflektoru aktivní zóny
typu B1, a jeho ověření vlivu na reaktivitu (zvážení pomocí zkalibrovaných
řídících tyčí reaktoru VR-1)
-
Další krok byl zaměřen na ověření připravených postupů pro stanovení hustoty
toku neutronů uvnitř zařízení (v grafitových pouzdrech, případně i na povrchu
„vlastní ampule“. Metodika vychází ze zkušeností získaných při měřeních
s monikrovými ampulemi
-
Na základě získaných výsledků byl upřesněn program založení zařízení do
okrajové a následně i středové části aktivní zóny typu B1 a provedení vlastních
ověřovacích a ozařovacích experimentů. Pro tyto experimenty byly již v předstihu
provedeny bezpečnostní rozbory. Z nich vyplynulo, že při dodržení připravených
postupů nejde o experiment vyžadující provedení základního kritického
experimentu (postupné přibližování ke kritickému stavu) ani nevyžadující jiné
speciální opatření.
3.2.3 Průběh experimentálního ověření zařízení BLANKA02 na reaktoru
VR-1
Dokumentace k zařízení BLANKA 02/2001 (dále jen BLANKA 02), nazvaná
„Experimentální zařízení Blanka – podkladová zpráva pro zpracování bezpečnostní
dokumentace a revize plánu zabezpečení jakosti“ byla dodána na pracoviště VR-1 v září
2001. Na základě této dokumentace zajistila KJR zhotovení speciálního závěsu,
umožňujícího založení zařízení BLANKA 02 do reaktoru VR-1 tak, aby byla dodržena
potřebná rozteč mříže AZ VR-1, tj. 71.5 mm. Závěs je vyroben z duralu a umožňuje
zavěšení celého zařízení na nosný systém regulace reaktoru VR-1 resp. na otočné nosné
pravítko (používá se v nádobě H02).
Zařízení BLANKA 02 bylo přivezeno na KJR z ÚJV Řež a.s. a bylo KJR od ÚJV Řež
a.s. převzato po otevření a kontrole transportního obalu dle dodané dokumentace.
Majetkově patří zařízení ÚJV Řež a.s. a KJR bylo dlouhodobě zapůjčeno.
Ve čtvrtek 27.12.2001 bylo zařízení očištěno, byla provedena jeho pečlivá vizuální
kontrola, zaměřená především na sváry. Následovala zkouška upevnění závěsu,
zavěšení zařízení na jeřáb a vložení zařízení do reaktorové nádoby H02 (manipulační
nádoba) se zavěšením na pravítko. Vnitřní část zařízení (ampuli) se nepodařilo úplně
vytáhnout, a to vzhledem k výškovým poměrům v hale 133 a možnostem jeřábu a
kladky. Zařízení bylo opět uzavřeno.
44
2.1.2002 byla provedena opakovaná demontáž uzávěru, proměření výšek v hale a bylo
rozhodnuto o výrobě speciálního návěsu na jeřáb haly, vybaveného kladkou v takové
výši, aby bylo možné s vnitřními částmi zařízení BLANKA 02 pohodlně manipulovat.
Návěsné zařízení bylo vyrobeno a nainstalováno 7.1.2002, kdy byly vnitřní části
zařízení BLANKA 02 vytaženy a byla otevřena ampule s grafitovými kelímky a NaF. U
této operace byl přítomen i Ing.M.Jílek, který doporučil, aby válečky z NaF byly
v maximálně možné míře izolovány od vnějšího ovzduší. Následně proběhla kontrola
pouzdra podle dokumentace (jeden váleček /roubík/ z NaF, dlouhý cca 20 mm, nešel
z grafitového kelímku vyndat) a bylo rozhodnuto o založení celého zařízení do reaktoru
(nádoba H01) VR-1.
8.1.2002 byla vypuštěna voda z H01 a zařízení bylo založeno do reaktorové nádoby.
Přitom byla provedena vizuální kontrola povrchu zařízení a nebyly zjištěny žádné
známky napadení jeho povrchu během 10 denního pobytu v demivodě. Současně byl
z reaktoru vyvezen „neutronový oscilátor“, který byl uložen v nádobě H02. Aktivní
zóna typu B1 byla částečně upravena (viz obr. 3-19). Z grafitového kelímku byl po
telefonické konzultaci s Ing.M.Hronem, CSc. „odvrtán“ váleček (roubík) NaF, aby do
obou kelímků mohly být vloženy aktivační detektory ve tvaru drátu. Aktivační dráty
byly do každého grafitového kelímku vloženy 2, jeden měděný (čistá Cu) a jeden
dysprosiový (slitina Dy s Al). Při najíždění reaktoru bylo zjištěno, že provedená úprava
AZ (založení zařízení BLANKA 02 do pozice G3 a vložení tří obrysových maket do
pozic G2, G4 a G5, viz obr. 3-19) má záporný vliv na reaktivitu ve výši cca 0.53 βef ,
z toho na sondu Blanka 02 připadá záporný vliv 0.4 βef. Následně bylo s reaktorem VR1 dosaženo nominálního výkonu (odpovídá cca 1 kWtep) a zařízení BLANKA 02 bylo
po dobu 72 minut při uvedeném výkonu ozařováno. Poté byl reaktor odstaven a ampule
demontována. Měřen byl dávkový příkon na povrchu ozařovaných částí (ampule a
matice, viz tab. 3-04 a tab. 3-05) a aktivita ozářených aktivačních drátů, z čehož bylo
určeno relativní rozložení hustoty toku neutronů po výšce ampule BLANKA 02 v
dolním a horním grafitovém pouzdře (viz obr.3-18).
Návazně se uskutečnilo ještě několik dalších ověřovacích měření. jejich výsledky se
prakticky nelišily od měření předchozích.
Měření provedená v I. etapě splnila svůj účel. Prokázala dobrou manipulovatelnost
s celým zařízením a ověřila základní radiační parametry jeho provozu ve výzkumném
reaktoru malého výkonu. Konkrétní dosažené výsledky jsou uvedeny v další kapitole
této zprávy.
3.2.4 Dosažené výsledky
(a)
Sonda zařízení BLANKA 02 umístěná v zóně B1 (pozice G3) měla záporný vliv
na reaktivitu ve výši cca 0.4 βef.
(b)
Aktivita ampule je určována především obsahem chrómu a manganu v oceli
17248 (složení oceli viz tab.3-03) a je v prvních hodinách po ozáření relativně
vysoká, postupně však klesá s poločasem rozpadu 56Mn 2.587 h resp. chrómu 51Cr
45
27.7 dne. Konkrétní naměřené a zjištěné hodnoty jsou uvedeny v tab.3-04 a tab.305.
(c)
Zjištěné relativní rozložení hustoty toku neutronů po výšce ampule BLANKA 02
pomocí aktivační analýzy aktivačních drátů (do každého grafitového kelímku
vloženy 2 dráty, jeden měděný - čistá Cu a jeden dysprosiový - slitina Dy s Al) je
uvedeno na obr.3-18.
Prvek
C
Mn
Si
P
S
Cr
Ni
Ti
Zastoupení v %
0.1
2.0
1.0
0.045
0.03
17-19
9.5-12
5xC
Tab. 3-03: Složení oceli 17 248 Cr-Ni-Ti
Dávkový příkon gama
na povrchu:
0,5 hod po ozáření
17 hod po ozáření
nerezové ampule
Šroubovací víčko ampule
2.4 mSv/hod
0.040 mSv/hod
0.5 mSv/hod
0.0025 mSv/hod
[Ozařováno v pozici G3 (AZ B1), výkon 1E8 imp.s-1 (1kW), tozař = 72 min]
Tab. 3-04: Měření dávkového příkonu z ozářené ampule
Energie
[keV]
91
321
366
511
788
846
1090
1115
1299
1480
1601
1809
2111
2520
2654
Prvek
Cr51
Ni65
anihil.
Mn56 (DE)
Mn56
Mn56 (DE)
Ni65
Mn56 (SE)
Ni65
Mn56 (SE)
Mn56
Mn56
Mn56
Počet impulsů
Tměř =3 min
8.1.2002 18:00
2993
Počet impulsů
Tměř =5 min
9.1.2002 10:00
355
247
1947
380
69687
310
392
472
629
370
12927
6236
416
244
435
2208
391
199
Tab.3-05: Výsledky gama analýzy (HPGe detektor) šroubovacího víčka ampule
46
R e la tiv n í ro zlo že n í h u s to ty to k u n e u tro n ů p o v ý š c e a m p u le B L A N K A 0 2
P ozice G 3 (A Z -B 1) školního reaktoru V R -1 (8.ledna 2002)
Relativní odezva
1,000
0,800
0,600
Cu
Dy
0,400
0,200
0,000
0
20
40
60
80
10 0
120
P o zic e [m m ]
D o ln í g ra fito vé p o u zd ro
140
160
180
2 00
2 20
S tře d A Z
H o rn í g ra fito vé p o uz d ro
Obr.3-18: Relativní rozložení hustoty toku neutronů po výšce ampule BLANKA 02.
Při dosavadních ověřovacích a ozařovacích experimentech nebyly shledány žádné
neočekávané problémy. To se týká manipulací, stavu zařízení, jeho vlivu na reaktivitu
i aktivity zařízení po jeho ozáření.
V experimentech je možné pokračovat. Předpokladem úspěšného průběhu bude opět
pečlivě zpracovaný experimentální program.
47
Obr.3-19: Schéma zóny B1 s instalovaným zařízením BLANKA 02
Obr. 3-20: Vzorky připravené k ozařování v zařízení BLANKA 02 na reaktoru VR-1
48
Obr.3-21: Příprava ozařovacích experimentů se zařízením BLANKA 02 na reaktoru VR1
49
Obr.3-22: Různé pohledy na zónu B1 s instalovaným zařízením BLANKA 02 v nádobě
H01
3.3
Předpokládaný průběh experimentu 1/2003
Časové údaje:
Plánovaný termín
leden-únor 2003
Trvání experimentu: týden
50
Výkon LVR-15:
9 MWt
Technické údaje sestavy, případné změny:
VNĚJŠÍ SONDA:
použít skladované části z exp.2/2002
nové R 8 mm, 5 TČ
AMPULE:
nově vyrobená ampule, nový typ
TR 26x1.6 17248 d. 356mm
těsnění: stejné s úpravou, zesílený Ni
delší závit, zavařená,He-zkouška
doplnit stínění gama pod ventilem
NÁPLŇ – 5ks stejných kelímků
grafit
(výroba 805-dílny)
Ø23, stěny 5.5mm, d.50 mm
náplně: kelímek 1. –shora čistá LiNa
2.
NaF + UF4 závěr exp.1/2002 a 2/2002
3.
LiNa + UF4
4.
LiNa + stop.příměsi (Mo)
5.
LiNa + stop.příměsi nebo MoNiCr
Analytika, měření:
sběr dat, analýza
měření n-pole, dozimetrie
průběžná a konečná analýza plynů
analýza LiNa příp. vyhodnocení vzorků
MoNiCr
Hlavní účel experimentu:
Ověření technologie a metodik na nové ampuli, s náplněmi LiNa a LiNa+UF4
(použité Li7 je čistoty 99.995%)
analýzy štěpných plynů a LiNa, vlivy ozařování.
51
Plánovaná data experimentu č.1/2003
Náplň kelímku č. 1 viz obr.3-23
(shora)
účel experimentu:
Zjistit:
visuálně
čistá LiNa (z pův. exp. 3/2002)
3 cm3 = asi 8.052 g
z toho asi 12% váh. Li7 = asi 1 g.
při 20oC výška náplně 30 mm
dotýká se TČ 1.
zda se náplň během pokusu tavila,
jak vypadá opět ztuhlá tavenina
v kelímku, eventuálně usazeniny
na stěnách kelímku (pěna?) - foto
pak rozbít kelímek - zda je patrný
vnik LiNa do grafitu
analýzy
náplň kelímku č.2
účel experimentu -
NaF + UF4
(z pův. exp.3/2002)
1 g NaF + 1 mg UF4, asi 0.37 cm3,
asi 0.1 g Li7.
výška v kelímku asi 5 mm při 20oC
analýzy
+ štěpné produkty v odebraných plynech.
náplň kelímku č.3
účel experimentu -
LiNa + UF4
(z pův. exp.4/2002)
1 g LiNa + 1 mg UF4, asi 0.37 cm3,
asi 0.1 g Li7
výška v kelímku asi 5 mm při 20oC
analýzy
+ štěpné produkty v odebraných plynech.
náplň kelímku č. 4
účel experimentu náplň kelímku č.5
účel experimentu -
LiNa+ stopové příměsi (např.Mo),
(z pův. exp. 4/2002),
3 cm3=asi 8.052 g, z toho Li7=asi 1g.
při 20oC výška náplně 30 mm
analýzy Mo
LiNa + stopové příměsi nebo vzorek
MoNiCr (ještě se upřesní)
3 cm3=asi 8.052 g, z toho Li7=asi 1g.
při 20oC výška náplně 30 mm
analýzy, event. korozní efekty (upřesní se).
Celkem náplň Li7 je asi 3.2 g.
Konstrukce a materiály sondy
Pro exp. 1/2003 se používá nový typ ampule z nerez materiálu Schoeller-Bleckmann typ
SBS-T/A. Tato ocel je plně srovnatelná s ocelí 17248 použitou v exp. 1 a 2/2002.
Ampule bude zavařená s heliovou zkouškou těsnosti.
52
Délka nové ampule je 356 mm. Očekáváme, že chování nerez materiálu bude stejné
jako v předchozích experimentech bez ohledu na delší dobu ozařování (místo 24 hodin
asi týden).
Režim provozu sondy
Navrhujeme zcela stejný jako v předchozích případech (vztah operátor
reaktoru/operátor sondy) se změnami vyplývajícími z delší ozařovací doby (střídání
směn apod.). Stejný bude i režim poradiačních manipulací, rozebrání ampule a transport
5 grafitových kelímků k analýzám.
Bezpečnostní dokumentace
Je třeba zdůraznit, že experiment 1/2003 pouze nahrazuje neuskutečněné experimenty
č.3 a 4/2002 s tím, že bylo vyloučeno ozařování vzorků MoNiCru v kelímcích 150mm.
5 nových kelímků 50mm de facto nahrazuje 6 kelímků 50mm původních. Ozařováním
směsi NaF a UF4 v kelímku č.2 končí program s NaF a přechází se na program
ozařování LiNa - ostatní kelímky. Použité lithium je obohacené izotopem Li7. Množství
UF4 je minimalizováno na hranici citlivosti analýz (1 mg). Toto množství de facto není
zářičem ve smyslu vyhl. 184/97Sb.
Domníváme se, že pokud byla s SÚJB již projednána dokumentace pro experimenty č.3
a 4/2002 není další projednávání pro 1/2003 nutné. Stačí oznámení o delší době
ozařování, která je jen plánovaná. Skutečná doba ozařování asi bude odvislá od
netechnických faktorů prací.
Předpokládaný průběh experimentu 1/2003
-
Podmínky
Doba
Posice v AZ
-
týden
H6
Všeobecné chování sondy
Po dobu experimentu se bude sledovat všeobecné chování sondy v AZ ve
srovnání s obvyklým stavem AZ, regulačních prvků a dalších (sousedních)
experimentů.
-
Teplotechnika
Sledované hodnoty:
teploty - T1 - grafit v horním kelímku
T2 - stěny ampule nahoře
T3 - stěny ampule střed (osa AZ)
T4 - stěny ampule dole
T5 - stěny obal. trubka v ose AZ
53
T6 - stěny obal.trubky v ose AZ
Tv - chlad.voda reaktoru nad AZ
Tlaky - P1 - 1.sekce
P2 - 2.sekce
P3 - tlak v prostoru 2 limit 0.3MPa
P4- tlak v prostoru 1limit 0.3MPa
P5 - tlak v ampuli limit 0.3MPa
Pa - tlak atmosférický.
výkon AZ Az - 0 až 9 MWtep.
Všechny hodnoty se trvale ukazují na displeji a zapisují po cca 10, později 60 minutách,
na displeji jejich průběhy. Hlavním účelem experimentu je dynamické porovnání
teplotechnických poměrů a průběhů sondy ve srovnání s předchozími experimenty.
-
Max. teploty konstrukčních materiálů
Max. povolené teploty pro materiál ampule SBS T/A je 800oC.
Materiál obalové trubky 17248 je 700oC
-
Max. tlaky (podmínka SÚJB) - nastavené pojistné ventily
Max. tlaky P3, P4, P5 - 0.3 MPa
54
Obr.3-23: Schémata a náplně kelímků pro experiment č. 1/2003
3.4
Předběžná příprava experimentu BLANKA 417
Příprava projektu aktivních smyček typu BLANKA 417 je pokračováním programu
aktivních sond typu BLANKA 2 tj. ozařování konstrukčních materiálů a grafitů
v tavených solích v grafitových kelímcích v centrální ampuli ∅26.9, délky 356 mm
s inertní atmosférou. Pracovní teploty asi 750oC. Náplně tavených solí jsou během
procesu statické, ozařování sond se děje na reaktorech VR.1, LVR-15 a IR-8 v jedné
55
buňce aktivní zóny; moderátorem a chladivem aktivní zóny je H2O, přičemž mezi
ozařovaným materiálem a vodou reaktoru jsou 3 aktivní oddělovací bariéry (pláště).
Program aktivních smyček typu BLANKA 417, je nový program, jehož předběžné
parametry jsou následující:
Jde o ozařování konstrukčních materiálů a grafitů v tavených solích v grafitových kelímcích v centrální
ampuli ∅100, délky asi 500mm s inertní atmosférou.
Náplň tavených solí během ozařování řízeně cirkuluje a modeluje tak blanket
transmutoru v jeho vlastních pracovních podmínkách (teploty, neutronové a gama pole),
Uvést náplň tavených solí do pohybu je možné:
(a)
přirozenou konvekcí
(b)
nuceně (čerpadly, rozdílem tlaků apod.)
Smyčka je vložena do 4 buněk aktivní zóny týchž reaktorů v profilu 140 x 140 mm,
přičemž zásada 3 oddělovacích bariér je zachována.
Pro přípravu programu předpokládáme řadu technických a ověřovacích zkoušek, které
by bylo nejlépe provádět na zkušebním stendu pro smyčky tohoto typu v laboratoři
ADTT.
3.5
Laboratoř ADTT, její vybavení a program prací
Pro úspěšné pokračování prací v rámci programu BLANKA se ukazuje jako zcela
nezbytné zřízení a vybavení samostatné a specializované laboratoře pro výzkum ADTT.
Jako nejlepší varianta se jeví její umístění v obj. 212 v ÚJV v Řeži.
Program laboratoře budou tvořit rámcově práce jako:
(a)
příprava experimentálních náplní tavených solí (směsi nominálních tavených solí
MS, + příp. UF4 v minim. množstvích, v kelímcích z grafitu a niklových slitin)
(b)
technika přípravy náplní v ochranné atmosféře (helium, argon)
(c)
provádění neaktivních experimentů v prostředích o teplotách blízkých provozním
teplotám v blanketech a paralelních experimentů k experimentům aktivním
(krátkodobé i dlouhodobé)
(d)
metodické a měřící zajištění prací, jejich vyhodnocování.
K tomu jako základní vybavení:
56
-
laboratorní soubory ADTT s přesnými tavícími pecemi pro teploty do 1000oC,
uzavřený plynotěsný rukavicový box pro podobné práce v inertní atmosféře,
stendy pro přípravu experimentů, přesné laboratorní váhy, měřidla atd.
-
plynová hospodářství (pro vakuum, argon, helium), laboratorní stoly a skříně,
výbava nářadí a pomůcek, chemikálie atd.
4
Podklady pro další vývoj a výrobu
4.1
Fyzikální podklady
Při provedených experimentech se vycházelo z fyzikálních podkladů uvedených
v průběžné zprávě za rok 2001 (verze 1). Experiment 1/2002 potvrdil, že provedené
výpočty, jež byly klíčovou součástí fyzikálních podkladů, v celku odpovídaly
naměřeným hodnotám a provedený experiment 2/2002, kdy v sondě poprvé byla
fluoridová sůl správnost stanovených hodnot též opět prakticky potvrdil.
4.2
Výpočtové podklady – program validace
V roce 2002 byly pokračovaly práce dle harmonogramu programu validace. Byly
provedeny předběžné výpočty jednogrupových účinných průřezů pomocí MCNP.
Poprvé tak byla v celé šíři využita dříve připravená aktualizovaná knihovna dat
pro MCNP. Vypočtené významné hodnoty účinných průřezů v reálném neutronovém
spektru reaktoru LVR-15 jsou uvedeny v následující tabulce. Hodnoty účinných průřezů
jsou uvedeny v barnech.
Nuclide
Ra-223
Ra-224
Ra-225
Ra-226
Ac-225
Ac-226
Ac-227
Th-227
Th-228
Th-229
Th-230
Th-232
Th-233
Th-234
Pa-231
Pa-232
Pa-233
U-232
U-233
total
46.2658
18.363
45.2862
20.8518
166.439
68.176
192.075
251.211
55.5074
61.5998
37.7738
16.3042
196.122
18.1206
67.7744
156.178
33.5738
47.997
97.4398
(n,2n)
0.011746
0.003904
0.015624
0.004232
0.003309
0.008958
0.003609
0.006546
0.001134
0.008429
0.002587
0.0024
0.012044
0.003427
0.001767
0.00449
0.000662
0.001168
0.000941
(n,3n)
0
5.63E-07
5.57E-06
1.27E-05
0
0
0
0
0
0
0
1.18E-05
1.07E-05
2.66E-05
0
0
0
0
0
(n,gamma)
27.1247
2.26574
27.6817
9.14995
152.608
55.4245
175.856
210.471
36.9217
37.2691
21.0328
3.47903
181.615
3.07358
58.5671
57.2951
24.5085
17.2435
8.79634
fission
0.128041
0
0
7.39E-05
0
0
0.003225
28.4789
0.067072
13.7086
0.052229
0.01962
2.07099
0.00981
0.324676
88.4614
0.12557
21.7702
79.1542
Nubar
1.56174
0
0
1.60457
0
0
1.88052
2.10541
2.03745
2.1265
2.06904
1.98105
2.04441
0.327402
2.33728
2.33613
2.35966
3.18882
2.54427
57
U-234
U-235
U-236
U-237
U-238
Np-236
Np-237
Np-238
Np-239
Pu-236
Pu-237
Pu-238
Pu-239
Pu-240
Pu-241
Pu-242
Pu-243
Pu-244
Am-241
Am-242
Am-242m
Am-243
Am-244
Am-244m
Cm-241
Cm-242
Cm-243
Cm-244
Cm-245
Cm-246
Cm-247
Cm-248
Cm-249
Cm-250
Bk-249
Bk-250
Cf-249
Cf-250
Cf-251
Cf-252
Cf-253
Cf-254
Es-253
Es-254
Es-255
58
39.57
96.4002
19.9007
73.9166
14.341
425.701
51.4913
284.063
32.7617
63.6069
343.671
76.784
204.782
275.928
220.268
40.9672
62.6554
14.7402
137.83
313.37
1215.84
63.1828
406.819
337.501
371.838
17.0637
139.652
30.4211
275.135
14.9465
56.0739
22.3885
22.8679
12.7281
307.871
152.958
309.736
460.876
1092.47
22.2488
251.972
13.1735
202.193
272.032
29.7845
0.000228
0.001998
0.001257
0.004009
0.002306
0.001341
0.000509
0
0.000581
4.60E-05
0.000351
0.000625
0.001039
0.000361
0.004472
0.001239
0.011252
0.004258
0.000126
0
0.002423
0.000563
0.004958
0.004958
1.03E-05
3.35E-05
0.000636
0.000714
0.00103
0.000835
0.006735
0.001247
0.006094
0.002442
0.000279
0.005563
0.000998
0.002227
0.007906
0.001696
0
0.001393
0
0.003874
0.001127
0
0
3.67E-06
1.76E-05
1.90E-06
0
0
0
8.10E-07
0
0
0
0
0
8.75E-07
1.10E-07
6.66E-05
2.09E-05
0
0
0
0
1.94E-08
1.94E-08
0
0
0
0
0
0
1.31E-05
1.72E-05
8.49E-06
1.77E-05
1.54E-11
4.92E-06
0
0
1.01E-05
2.02E-05
0
6.96E-06
0
1.71E-06
2.09E-06
26.633
14.9534
7.36546
62.8907
2.28451
83.977
40.6215
24.985
22.1927
10.3995
66.3667
59.8145
64.7113
247.643
53.4875
26.0501
16.6811
3.14789
126.955
30.0373
203.284
52.2361
81.2953
65.8635
31.7875
5.46171
19.7808
16.2066
36.5483
3.52653
18.8033
8.25837
6.3066
0.329123
294.605
38.678
66.181
439.838
360.216
3.85519
53.5328
0.727941
179.038
3.54541
13.8607
0.477648
71.3036
0.260257
0.698635
0.081538
332.281
0.435341
246.549
0.507246
44.3997
268.58
3.13502
130.86
0.531769
157.217
0.366926
34.2594
0.319113
1.13038
269.41
1004.27
0.385558
316.468
262.573
331.054
0.63615
0
0.875527
0
0.529478
28.6373
0.708705
4.75821
0.420546
1.91806
104.631
233.402
0.81815
720.94
7.83578
177.586
1.52398
0
258.824
4.69362
2.41885
2.48046
2.37121
2.48124
2.49817
2.4803
2.71351
2.85674
2.81675
2.89205
2.90784
2.9782
2.95925
2.88375
2.99547
2.88406
3.12088
2.99339
3.31419
3.46226
3.35939
3.34644
3.24739
3.24739
2.86669
3.54091
0
3.5694
0
3.68591
3.69952
3.61367
3.44723
3.4867
3.44694
3.6898
3.99276
3.76089
4.27591
4.21703
4.2915
3.97647
0
4.22226
4.01463
Fm-255
433.763
0.002932
3.81E-08
5.83857
417.62
-28
4.53834
2
Tab.4-01: Hodnoty účinných průřezů v barnech (1barn=10 m )
Pomocí těchto účinných průřezů byl kódem ISTAR proveden výpočet vzniku aktinidů
z přírodního uranu, který je obsažen v sondě BLANKA. Byly spočteny předběžné
koncentrace jednotlivých nuklidů. Tím je proveden výpočet změny izotopického složení
sondy BLANKA po ozáření.
V následujících tabulkách jsou uvedeny koncentrace nuklidů (aktinidů) po 24
hodinovém ozáření sondy BLANKA. Počáteční koncentrace U235 4.80*1019 jader/cm3 a
U238 6.81*1021 jader/cm3 ostatní aktinidy- nulová počáteční koncentrace.
Nuklid
Ra-224
Ac-227
Ac-228
Th-227
Th-228
Th-229
Th-230
Th-231
Th-232
Th-233
Th-234
Th-235
Pa-230
Pa-231
Pa-232
Pa-233
Pa-234
Pa-235
U-230
U-231
U-232
U-233
U-234
U-235
U-236
U-237
U-238
U-239
Np-235
Np-236
Počet jader
na 1cm3 směsi
(před ozař.)
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
4.8000E+19
0.0000E+00
0.0000E+00
6.8100E+21
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
Počet jader
na 1cm3 směsi
(1den ozař.)
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
4.8128E+03
9.5036E+07
3.7680E+05
3.1298E+00
2.8512E+09
7.6805E+02
0.0000E+00
3.4317E+07
8.0091E+03
3.0755E+03
2.0918E+07
2.6604E+03
0.0000E+00
0.0000E+00
1.1213E+03
1.8540E+03
1.2418E+12
4.7946E+19
9.2967E+15
1.9378E+14
6.8098E+21
4.7469E+15
0.0000E+00
6.1618E+03
Počet jader na 1cm3
Počet jader na 1cm směsi (28 dní ozař.)
směsi (7dní ozař.)
0.0000E+00
2.0716E+01
1.1962E+02
2.5374E+03
0.0000E+00
2.0743E+00
0.0000E+00
1.5245E+00
4.2140E+01
6.8174E+03
0.0000E+00
2.2347E+01
2.3504E+05
3.7168E+06
1.9527E+08
1.9277E+08
1.8417E+07
2.9208E+08
3.6576E+01
3.4888E+02
1.8335E+10
5.5565E+10
4.9680E+03
1.5067E+04
4.3921E+01
7.4016E+02
7.0565E+08
3.3411E+09
6.9269E+05
4.4460E+06
8.6721E+05
3.2192E+07
2.0148E+08
6.3842E+08
1.7577E+04
5.3443E+04
0.0000E+00
2.2841E+01
0.0000E+00
1.7213E+00
8.7970E+05
2.9703E+07
1.3072E+05
8.1495E+06
8.6561E+12
3.4116E+13
4.7626E+19
4.6521E+19
6.4840E+16
2.5608E+17
1.0304E+15
2.0146E+15
6.8085E+21
6.8042E+21
4.7460E+15
4.7429E+15
0.0000E+00
1.0575E+01
1.8215E+06
7.5878E+07
3
59
Počet jader
na 1cm3 směsi
Nuklid
(před ozař.)
Np-236m 0.0000E+00
Np-237 0.0000E+00
Np-238 0.0000E+00
Np-239 0.0000E+00
Np-240 0.0000E+00
Pu-236
0.0000E+00
Pu-237
0.0000E+00
Pu-238
0.0000E+00
Pu-239
0.0000E+00
Pu-240
0.0000E+00
Pu-241
0.0000E+00
Pu-242
0.0000E+00
Pu-243
0.0000E+00
Pu-244
0.0000E+00
Pu-245
0.0000E+00
Am-240 0.0000E+00
Am-241 0.0000E+00
Am-242 0.0000E+00
Am-242m 0.0000E+00
Am-243 0.0000E+00
Am-244 0.0000E+00
Am-245 0.0000E+00
Cm-241 0.0000E+00
Cm-242 0.0000E+00
Cm-243 0.0000E+00
Cm-244 0.0000E+00
Cm-245 0.0000E+00
Cm-246 0.0000E+00
Počet jader
na 1cm3 směsi
(1den ozař.)
1.3659E+04
1.0125E+13
2.2439E+09
1.7107E+17
2.9805E+12
1.2577E+03
0.0000E+00
3.2016E+08
2.5756E+16
2.9384E+13
2.8073E+10
4.4166E+06
1.7694E+02
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
8.4204E+05
1.9822E+02
2.3314E+01
9.6447E+01
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
2.6710E+01
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
0.0000E+00
Počet jader na 1cm3
Počet jader na 1cm směsi (28 dní ozař.)
směsi (7dní ozař.)
1.8904E+06
2.4058E+07
4.1214E+14
3.9713E+15
3.3175E+11
5.3811E+12
5.9659E+17
6.8357E+17
1.1002E+13
1.2642E+13
1.4240E+06
8.8055E+07
3.4349E+03
1.0305E+06
2.4912E+11
1.8223E+13
8.0364E+17
4.7960E+18
2.5612E+15
5.4175E+16
1.7376E+13
1.5199E+15
1.9622E+10
7.0749E+12
1.6585E+06
6.8097E+08
4.5705E+02
7.8565E+05
0.0000E+00
1.8082E+01
5.8657E+00
4.4891E+03
3.7353E+09
1.3393E+12
3.2539E+06
1.6736E+09
7.3475E+05
1.0220E+09
7.0952E+06
1.2179E+10
1.9280E+03
4.4652E+06
0.0000E+00
5.6990E+02
0.0000E+00
1.2806E+01
3.3832E+06
7.3843E+09
2.4672E+02
2.2916E+06
3.2186E+03
3.2186E+07
2.4320E+00
4.5477E+04
0.0000E+00
7.5312E+01
Rozštěpené
aktinidy
5.250E+16
3,603E+17
0.000E+00
3
1,527E+18
Tab.4-02: Hodnoty koncentrací jednotl. nuklidů
Pozn.: Vzhledem k faktu, že při štěpení jednoho jádra aktinidu vznikají téměř vždy dva
odštěpky (pravděpodobnost trojného štěpení je asi 1:250000), je počet vzniklých jader
štěpných produktů roven dvojnásobku počtu rozštěpených aktinidů.
4.3
Experimentální podklady
Během experimentu 01/2002 byla předběžně prováděna některá měření, která měla za
úkol naladit příslušné měřící metodiky a optimalizovat program dalších experimentů.
Naměřená data byla později porovnána s výsledky experimentu 2/2002.
60
4.3.1 Neutronická měření
Pomocí aktivačních detektorů (Ni,Fe,Ti,Ag,Co) byly měřeny fluence resp. fluenčních
příkony neutronů. Nejzajímavější jsou hodnoty měřené uvnitř sondy, které ilustrují
podmínky v nichž se budou nacházet fluoridové náplně.
Fluenční příkon neutronů Blanka02 (uvnitř sondy)
Monitory uložené u vzorku (uvnitř sondy)
Fluenční příkon [cm-2 s-1]
Poloha Y= 0 cm
0 - 0.2 eV
0.2 eV - 1
keV
1 keV - 10
keV
10 - 100 keV 0.1 - 20 MeV Total
Výpočet
7.23E+13
3.06E+13
7.99E+12
1.06E+13
4.60E+13
1.68E+14
Experiment
12.2.02
V/E
4.67E+13
1.55
3.01E+13
1.02
8.54E+12
0.94
1.10E+13
0.97
4.49E+13
1.02
1.41E+14
1.19
Experiment
22.4.02
V/E
3.94E+13
1.84
2.43E+13
1.26
6.73E+12
1.19
9.26E+12
1.14
3.86E+13
1.19
1.18E+14
1.42
Tab.4-03: Fluenční příkony neutronů uvnitř sondy
Energetický interval
od
do
0
eV
0.1
0
eV
0.398
0.398
eV
10
10
keV
0.1
0.1
MeV
20
0.5
MeV
20
1
MeV
20
eV
eV
keV
MeV
MeV
MeV
MeV
STD
datum měření
12.2.2002
1.50E+18
2.06E+18
1.43E+18
4.49E+17
1.84E+18
1.22E+18
8.21E+17
6.43%
22.4.2002
1.45E+18
1.99E+18
1.31E+18
4.35E+17
1.81E+18
1.21E+18
8.07E+17
6.05%
Poměr
1.03
1.03
1.09
1.03
1.01
1.01
1.02
Tab.4-04: Fluence neutronů z experimentů
4.3.2 Odběr a měření VZORKů (při experimentu 2/2002)
(a)
Odběry plynů a vzorků NaF a jejich transport
4.3.2..a.1...1
Odběr plynu (Ar) nad reaktorem byl proveden dne 17.4.2002 v 11:30h
do 400ml vzorkovnice. Vzorkovnice byla bezprostředně přepravena na
obj.250
4.3.2..a.1...2
Odběr plynu (Ar) z ampule – spodní ventil – 18.4.2002 ve 12:00h do
200ml vzorkovnice. Vzorkovnice byla bezprostředně přetransportována
na obj.250
61
4.3.2..a.1...3
(b)
Odběr vzorků NaF byl proveden 18.4.2002. Expoziční příkon na povrchu
byl cca 700mR/h. Transport na obj.250 byl proveden dne 20.4.2002
v plechové konzervě.
Rozbalování a úprava vzorků
Plyny
Plyny byly měřeny přímo v originální vzorkovnici. Měření bylo provedeno
bezprostředně po transportu. 200ml vzorkovnice opakovaně proměřena 28.5.2002
s cílem prověření povrchové kontaminace.
Vzorky grafitu a NaF
-
Grafitové kelímky s NaF vyjmuty z ochranné schránky (schránku nebylo možné
otevřít bez násilí – chybí vhodný přípravek)
-
NaF nebylo možno vyjmout (vysypat) z grafitového kelímku. Kelímky byly
rozbity a z rozpadlých kusů vyjmuty rozlámané roubíky NaF.
-
Z rozbitých kusů kelímku vybrány menší kousky (ze spodních částí – kontakt s
NaF) do 30 PE vzorkovnic.
Hmotnosti vzorků grafitu použité pro měření:
-
horní kelímek 5.003g , měření provedeno 13.5.2002
-
dolní kelímek 5.225g , měření provedeno 14.5.2002
Z rozbitých kusů NaF odváženy podíly:
-
horní kelímek 1.11610g
-
dolní kelímek 0.93116g
a rozpuštěny v HCl + HF.
Roztok zředěn a pro měření odebrány podíly
-
horní kelímek 0.09276g
-
dolní kelímek 0.06661g
(c)
Výsledky měření
Plyny
-
62
Plyn nad reaktorem – ve vzorku prokázán pouze Ar-41.
-
Plyn z ampule – výsledky měření jsou uvedeny v protokolu CAL (viz [30]) Vedle
Ar-41 byla prokázána přítomnost aktivačních izotopů. Povrchová kontaminace
byla jednoznačně prokázána.
Grafit a NaF
Výsledky měření aktivit jsou uvedeny v protokolech Centrální analytické laboratoře
CAL ÚJV Řež (viz [30]) a jsou vyjádřeny v jednotkách Bq/g grafitu resp. Bq/g NaF.
(d)
Návrh opatření pro budoucí experimenty
-
Pokusit se minimalizovat možnou kontaminaci vzorků v HK
-
Vyrobit náhradní zásobníky pro přepuštění plynů z odběrových zásobníků do
měřících zásobníků (min.3ks, objem 200ml)
-
Vyrobit přípravek na otevírání PP pouzder
-
Ve spolupráci s divizí 300 vyřešit transport vzorků s použití vhodného kontejneru
reaktoru na obj.250 (přes přijímací komoru objektu 250). Je nutno respektovat
přítomnost štěpných produktů včetně plynných!
Přehled izotopů argonu.
37
Ar
Ar
39
Ar
35.104 d
stabilní
269.032 r
40
Ar
Ar
stabilní
109.00 min.
42
Ar
32.987 r
43
Ar
5.40 min.
38
41
β, γ
neuvedeny
βEstř
βEmax
γ
βEstř 1
294.00
459.30
1 076.70
γ1
1 293.60 (99.20 %)
1 660.00 (0.05 %)
β
γ
β
γ
218.00 keV
565.00 (100 %)
βEmax
815.00 (0.052 %)
1 198.30 (99.17 %)
2 492.00 (0.78 %)
neuvedeny
neuvedeny
Neuvedeny
975.20 (100 )
738.00 (43.0 %)
1 440.00 (39.00 %)
a další
Ostatní izotopy iAr mají T1/2 < jednotky minut.
63
4.4
Modelování a vývoj BLANKETU transmutoru
V sledovaném období byl dále aplikován a modifikován ruský výpočetní program
ISTAR (resp.jeho inovovaná česká verze OGAR), který řeší vyhořívání aktinidů zde
v molten-salt systémech. Další vývoj a ještě dokonalejší osvojení kódu ISTAR
(resp.OGAR) hraje klíčovou úlohu při naplňování programu validace, neboť právě tento
kód má být validován. Kód ISTAR (resp.OGAR) využívá výstupní soubory kódu
MCNP, ve kterých jsou obsaženy vypočtené účinné průřezy zkoumaných aktinidů, jež
odpovídají složení a geometrii daného systému.
V rámci účasti na vývoji kódu ISTAR (OGAR) byly formulovány další úkoly zejména
pro rozšíření výpočetních možností kódu:
-
Zakomponování štěpných produktů
-
Citlivostní analýzy
-
Simulace chemické separace
-
Vlivy změn hustoty
objem.kontrakce
-
Matematické problémy asymptotického chování
-
Zahrnutí on line dat z měření pro lepší výpočty
-
Výpočet vyhoření AMPULy
v závislosti
na
změnách
koncentrací
aktinidů
a
Obsah prací bude dále konzultován a upřesňován s Institutem Kurčatova a v rámci
programu MOST. V rámci osvojování byl proveden prvotní ověřovací výpočet, který
byl podrobně popsán v průběžné zprávě za rok 2001.
Výpočty vyhoření (jaderného spálení) aktinidů v blanketech transmutačních
systémů
Kódem ISTAR (OGAR) byly provedeny výpočty vyhoření aktinidů pro BLANKET-97
a BLANKET-98 . Oba blankety jsou rozměrově shodné 6-ti úhelníkové mříže ovšem
s rozdílně pojatým rozmístěním a druhem modulů (viz obr.4-01,4-02). Oba druhy
blanketů mají rozměrově totožný grafitový reflektor. Výška zóny byla při výpočtech
brána 250 cm. Potřebné jednogrupové účinné průřezy potřebné pro vstup do kódu
ISTAR (OGAR) byly spočteny pomocí MCNP. Oba moduly byly koncipovány jako
mírně nadkritické (hypotetický předpoklad použití regulačních absorbčních orgánů).
Jako palivo byla uvažována směs fluoridových solí. Přitom jako nosič byla uvažována
směs fluoridů LiF+BeF2 (66mol%+34mol%), ve které byly rozpuštěny fluoridy
aktinidů. Počáteční koncentrace rozpuštěných aktinidů mají pro oba uvedené blankety
srovnatelné hodnoty, takže lze z výsledných koncentrací aktinidů (ke konci cyklu
vyhoření) udělat porovnání "transmutačních rychlostí".
Byly provedeny dva základní výpočty pro oba typy blanketů. Počítáno bylo vyhoření po
dobu 50-ti let. Každý rok byly po dobu 50-ti let kompenzovány vyhořelé (rozštěpené)
64
aktinidy, a to směsí aktinidů z VJP VVER-440 (vyhoření 40MWd/kg). Pro srovnání
byly spočteny časové změny koncentrací jader důležitých aktinidů v jednotce objemu
pro dvě různé hodnoty celkové hustoty toku neutronů (1.1014 cm-2s-1 a 1.1015 cm-2s-1 )
Důležitým závěrem těchto především kvalitativních výpočtů je stejný fakt jako u
předběžných výpočtů, že při dostatečně velké hustotě toku neutronů se časově závislé
koncentrace významných aktinidů ustálí "dostatečně brzy" na svých asymptotických
hodnotách.
Obr.4-01: Modelový BLANKET-97 (37 modulů) pro výpočty vyhoření
65
Obr.4-02: Modelový BLANKET-98 pro výpočty vyhoření
66
Srovnání počátečních a rovnovážných koncentrací vybraných aktinidů při
vyhořívání v BLANKETU-97 A V BLANKETU-98
Neutron. tok 1.1015
cm-2s-1
Isotop
Np-237
Pu-238
Pu-239
Pu-240
Pu-241
Pu-242
Am-241
Am-243
Cm-244
Cm-245
Cm-246
Cm-247
BLANKET-97
0 roků
9.391E-07
3.814E-07
1.135E-05
4.199E-06
1.697E-06
9.881E-07
1.149E-06
2.582E-07
6.453E-08
4.391E-09
5.812E-10
1.310E-11
BLANKET-98
50 roků
3.254E-07
3.204E-07
9.398E-07
1.190E-06
4.768E-07
3.423E-06
1.262E-07
1.711E-06
6.550E-06
1.341E-07
4.428E-06
1.339E-07
0 roků
1.252E-06
5.085E-07
1.513E-05
5.597E-06
2.263E-06
1.317E-06
1.531E-06
3.441E-07
8.602E-08
5.853E-09
7.748E-10
1.746E-11
50 roků
1.816E-07
5.112E-07
1.351E-07
1.881E-07
1.663E-07
1.692E-06
8.722E-09
1.308E-06
4.240E-06
2.992E-07
2.806E-06
2.091E-07
Tab.4-05: Modelové srovnání počátečních a rovnovážných koncentrací aktinidů
v blanketech transmutoru při průběžném doplňování „spalovaných“ aktinidů.
V následujících výpočtech byly srovnány transmutační schopnosti blanketů
BLANKET-97 (obr.4-01) a BLANKET-98 (obr.4-02) po 50-ti letech provozu. Byla
uvažována hustota toku 1.1015cm-2s-1. Výsledkem srovnání byl fakt, že BLANKET-98
má pro většinu aktinidů mnohem nižší jejich rovnovážné koncentrace a spaluje tedy
intenzivněji než BLANKET-97.
Předběžný výpočet jednoduché modelové zóny transmutoru
V dalších výpočtech a analýzách byla uvažována předběžná verze demo-transmutoru,
který se skládá z válcové homogenní aktivní zóny a reflektoru – viz obr.4-03.
67
Obr.4-03: Schéma válcové aktivní zóny demo-transmutoru
Parametry zóny
Válcová geometrie: výška paliva Hp=140cm
průměr paliva Dp=70cm
tloušťka bočního reflektoru 50cm ⇒ D=170cm
Materiály: nosná sůl LiF+BeF2…66mol%+34mol%
palivová směs…fluoridy aktinidů v kritické koncentraci
grafit o hustotě 2.0g/cm3
Uvažovaný tok: Φ=1.1015 cm-2s-1
Střední teplota: 632.5°C
Počítané parametry: kritické složení palivové směsi a tepelný výkon reaktoru
Chemické složení směsi (kritická koncentrace):
LiF
68
64.878 mol%
BeF2 33.422 mol%
NpF4 0.076 mol%
PuF3
1.504 mol%
AmF3 0.114 mol%
CmF3 0.006 mol%
Obsah fluoridů aktinidů činí 1.7 mol% . z toho PuF3 1.5 mol%
Odhadnutá hustota směsi ρ=2.21384g/cm3
Výpočet objemového výkonu při daných parametrech:
P = Ef Σf ϕ
Ef=3.2E-11 [J] Σf = 0.294 [m-1] ϕ=1E+19 [m-2s-1]
P= 94.1 kW/litr paliva
69
5
Seznam dokumentace
[1] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Experimentální zařízení BLANKA . průběžná
zpráva za rok 2000, ÚJV, prosinec 2000
[2] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Experimentální zařízení BLANKA . průběžná
zpráva za rok 2001 (verze 1), ÚJV, prosinec 2001
[3] Aurea, Doporučené složení a návrh blanketu k exp. BLANKA1–vyhledávací studie
I, Řež, říjen 2000
[4] Aurea, Doporučené složení a návrh blanketu k exp. BLANKA1–vyhledávací studie
II, Řež, listopad 2000.
[5] Aurea, Experimentální ověření charakteristik transm., pracovní verze, duben 2001
[6] RNC KI Moskva, Aleksejev a kol.,projekt AMPULA, Moskva 2000
[7] Matějka, Rataj, KJR FJFI – Návrh PP exp. ověření char. blanketu transmutoru
BLANKA1, Praha, 2/2001
[8] Zápisy z porad řešitelů projektu ADTT(BLANKA, ing. Masařík) leden–prosinec
2001.
[9] Aurea – BLANKA 02 – Exp. ověření charakteristik, konečná verze, listopad 2001.
[10] Hron, Mikisek a kol. Neutronické a teplotechnické výpočty sondy BLANKA02,
podkladová zpráva pro zpracování bezpečnostní dokumentace,ÚJV, listopad 2001
[11] Materiály pro program BLANKA, Aurea, 2001
[12] Masařík, Projekt BLANKA 02 – Rozbor vlivu na jad. bezpečnost , Řež, 11 /2001
[13] Janouš,Masařík, Plán jakosti BLANKA – etapa č. 01, Řež, 11/2001
[14] Listík, Masařík, BLANKA 02 - Rozbor vlivu na jadernou bezpečnost, ÚJV
28.1.2002
[15] Vlasák, Dušek, Olišarová, Všolák, Masařík, Dokumentace plynového hospodářství,
měření, zpracování dat BLANKA 02, 2001
[16] Ryant, Výrobní dokumentace BLANKA 02, ÚJV 2001, 2002
[17] Schmid, Teplotechn.výpočet sondy BLANKA 02, ÚJV Z 759 T,M, 12/2001
[18] AureA, Projekt BLANKA 02, srpen 2001
70
[19] Hron a kol., Vyhodnocení experimentu BLANKA č.1/2002, ÚJV, březen 2002
[20] Plán jakosti – soubor záznamů a provedení jednotlivých dílčích úkonů ve smyslu
[13] (Masařík, Peka, Chochlovský, aj.)
[21] Matějka, Rataj, Průběžná zpráva o experimentu BLANKA 02 na V R-1, FJFI, 2001
[22] Brož, Bezpečnostně provozní předpis
[23] Masařík, Pracovní postup pro obsluhu experimentu, ÚJV, 2001
[24] Masařík, Dokumentace experimentu – popis, projektové a provozní parametry,
montážní práce, ozařování, poradiační operace, provoz sondy, ÚJV 2001
[25] Sus, Pracovní postup pro odběr vzorků, 2001
[26] Vlasák, Dostál, Macák,Vorel, Protokoly o kontrolách a zkouškách zařízení před
provozem
[27] Horák, Příprava monitorů neutronového toku pro založení, 2001
[28] Matějka, Rataj, Zkoušky a ozařovací experimenty se zařízením BLANKA02 na
školním reaktoru VR-1, KJR FJFI, březen 2002
[29] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Experimentální zařízení BLANKA –
předběžná verze průběžné zprávy za rok 2002, duben 2002
[30] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Technická zpráva o průběhu 2.ozařovacího
experimentu BLANKA (2/2002), květen 2002
[31] Chochlovský I., Experimentální ověření charakteristik blanketu transmutoru,
prováděcí projekt finální verze technické zprávy 2002, AUREA, listopad 2002
71
Приложение
Предварительные расчетные оценки энерговыделения в
тепловом модуле АМПУЛА - капсула, помещенной в
экспериментальный канал реактора ИР-8.
Выполнены предварительные расчеты энерговыделения в тепловом модуле
АМПУЛА-капсула.
Основные результаты предварительных расчетов
Эти результаты соответствуют мощности реактора ИР-8 - 4 МВт.
Энерговыделение в солевой композиции
за счета реакции Li6(n.a) -
0.18(Вт/см3).
Энерговыделение в солевой композиции,
2.5(Вт/см3)
обусловленное γ излучением Среднее энерговыделение в элементах
6.8(Вт/см3).
конструкции ампулы
Следует отметить, что эти расчеты проведены на основании предварительных
оценок о состоянии ректора в момент размещения в нем экспериментального устройства,
в том числе графика нагрузки и положения органов СУЗ, также пока недостаточно
детальной информации о составе примесей в солевой композиции, в конструкции
АМПУЛы, в термопарах и о давлении и составе газа в зазорах между чехлами устройства
и над поверхностью соли. В настоящее время уточняются все необходимые для
прецизионных расчетов характеристики.
Для
расчета
энерговыделения
в
тепловом
модуле
АМПУЛА-капсула
использовался программный комплекс UNK. Ниже представлено краткое описание
методик расчета реализованных в этом комплексе.
Комплекс программ UNK состоит из четырех функционально самостоятельных
программ, которые выполняют различные этапы нейтронно-физического расчета
реакторов.
Программа UNK Cell
программа расчета ячейки реактора предназначена для
определения нейтронно-физических характеристик ячеек реакторов различных типов, и
получения малогрупповых нейтронно-физических констант, необходимых для расчета
всего реактора.
Библиотека ядерных данных программы UNK_Cell сгенерирована из файлов
оцененных ядерных данных ENDF/B-VI содержит данные для 337 изотопов, включая
1
продукты деления, для которых имеются нейтронные сечения в современных
библиотеках (196 изотопов), и 1227 осколков, характеризующихся только постоянной
распада. Для некоторых изотопов имеются дополнительные варианты библиотек ядерных
данных полученных из файлов JEF-2.2 и JENDL. Это позволяет оценивать расчетную
погрешность, обусловленную неопределенностью ядерных данных. Основная библиотека
программы содержит 89 групповые сечения (24 группы в области замедления от 14.5
МэВ до 2.15 эВ и 65 тепловых групп). Особенностью программы UNK является
детальный расчет спектра нейтронов в резонансной области энергий (2.15эВ. - 2.15 КэВ).
Это достигается проведением расчетов в большом числе энергетических групп (около
7000). В этой области энергий используется мелкая неравномерная энергетическая сетка,
сгущающаяся вблизи резонансов разных изотопов и более широкая в промежутках между
ними.
Расчет пространственного распределения нейтронов в программе UNK_Cell
проводится методом вероятностей первых столкновений (ВПС) для одномерных плоской,
цилиндрической и сферической геометрий. Для более сложных геометрий ячеек
вероятности рассчитываются численными методами.
Расчет малогрупповых нейтронно-физических констант ячеек для использования
их в последующих реакторных расчетах выполняется стандартньм усреднением
скоростей различных реакций.
Программа UNK_Cell верифицирована для расчета топливных композиций
реакторов различных типов
Программа UNK_GRO-многогрупповая программа полномасштабного расчета
реактора
в
реальной
геометрии
в
рамках
группового
приближения
методом
характеристик. Так же как и методе Монте-Карло при расчете задается реальная
геометрия реактора. Геометрический модуль разбивает всю расчетную область на мелкие
регистрационные зоны разной формы, таким образом, чтобы приближение плоского
потока в пределах регистрационной зоны было приемлемо. Для полученного разбиения
расчетной области, геометрический модуль программы UNK_GRO проводит расчет
характеристик - лучей пересекающих расчетную область (рассчитываются участки
пересечения регистрационных зон лучом). Обычно таких характеристик рассчитывается
несколько десятков тысяч. Вдоль каждого из лучей решается в аналитическом виде
уравнение транспорта нейтронов. Скалярный поток нейтронов в выделенных зонах поток
нейтронов определяется как среднее значение вдоль всех лучей, пересекающих данную
зону. В процессе итераций обеспечивается стабилизация значений средних по зонам
2
значений скалярного потока нейтронов для всех энергетических групп и значения
эффективного коэффициента размножения нейтронов Keff.
Результатом расчета являются: значение Keff, групповые распределения
плотности потока нейтронов, поле энерговыделения, нейтронный баланс по материалам.
Программа UNK_GAM- программа расчета распределения фотонов в реакторе в
реальной геометрии в рамках многогруппового приближения методом характеристик.
Двадцати одна групповая библиотека сечений взаимодействия фотонов с веществом
подготовлена из файлов ENDF/B-6.
Специальный
программный
модуль
рассчитывает
источники
фотонов
обусловленные реакциями деления ядер нейтронами (мгновенные и запаздывающие),
реакциями захвата и рассеяния нейтронов. Этот источник формируется на основе
расчетов по программам UNK_CELL и UNK_GRO.
В программе UNK_GAM решается кинетическое уравнение переноса фотонов
методом характеристик для реальной геометрии расчетной области.
Результатом расчета являются:, групповые распределения фотонов по всему расчетному
объему, поле энерговыделения, обусловленное взаимодействием фотонов с веществом.
Программа UNK_BURN- программа расчета выгорания топлива. Эта программа
проводит расчет выгорания изотопов на временном шаге. Программа имеет библиотеку
выходов продуктов деления, полученную из файлов ENDF/B для 196 осколков. Для них
используются кумулятивные выходы продуктов деления, включающие и распад коротко
живущих осколков предшественников. Расчет выгорания проводится следующим
образом. Из расчетов по программе UNK_Cell получаются групповые микросечения всех
изотопов в материалах реактора. Из расчетов по программе UNK_GRO получаются
групповые потоки нейтронов в каждой из регистрационных зон, состоящих из
выгорающего материала. На основе этой информации в каждой регистрационной зоне
рассчитываются скорости реакций и решаются уравнения выгорания на данном
временном шаге. Далее эти новые концентрации изотопов используются для расчета
нового состояния элементарных ячеек и реактора на следующем временном шаге.
Такой алгоритм расчета подробно моделирует процесс выгорания с учетом
местоположения материала в реакторе, позволяет подробно проанализировать реальные
схемы перегрузок (или скорости циркуляции расплавно-солевого) топлива.
Все перечисленные выше программы объединены в единый комплекс, результатом
расчетов которого являются: распределение полей нейтронов и фотонов в реакторе,
энерговыделение, обусловленное как реакциями деления ядер, так и фотонами,
3
энерговыделение,
энерговыделение).
4
обусловленное
радиоактивным
распадом
изотопов
((3
и
а
Správa úložišť radioaktivních odpadů
Dlážděná 6, 110 00 Praha 1
Tel. 221 421 511
E-mail: [email protected]
www.surao.cz

Podobné dokumenty

Untitled

Untitled Cílem projektu je prohloubení spolupráce mezi pracovišti vzdělávacích vysokoškolských institucí, které zabezpečují vzdělání v oblasti jaderné energetiky a jsou sdružené ve volném akademickém společ...

Více

sborník seminárních materiálů

sborník seminárních materiálů točivých elektrických strojích, jako je dynamo nebo komutátorový elektromotor na stejnosměrný proud). Tyto redukce byly nutné také proto, aby se našel prostor pro zcela nové poznatky o vedení elekt...

Více

zde

zde Slitina Zr1Nb slouží jako materiál pro výrobu povlakových trubek palivových článků. Na materiál povlakových trubek jsou kladeny vysoké požadavky. Při povolování provozu jaderných elektráren je nutn...

Více

M:\TP-087-10 HILASE - DPS\STAT\FINAL 111005\CAD\RZP.dwg SV

M:\TP-087-10 HILASE - DPS\STAT\FINAL 111005\CAD\RZP.dwg SV z důvodu požadavku téměř nulových deformací konstrukce, a aby konstrukce podlahy splňovala podmínku první vlastní frekvence F1 ≥ 25 Hz. V projektu byl proveden návrh desky uložené na štěrkopískovém...

Více