Устройство для определения выгорания топлива

СОЮЗ СОВЕТСКИХсоцИАлистическихРЕСПУБЛИК зв) 6 21 С 17/06 гОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОткРытий(56) 1, Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2853226/18-25, екл. С 21 С 17/06, 1979.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке К 2615977/1.8-25,кл. 6 21 С 17/06, 1978 (прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА, содержащее тепловыделяющий элемент, в компенсационном,80936733 А объеме которого установлено уСтройст"во для определения давления газообразных продуктов деления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности измерения выгорания, устройство для определениядавления газообразных продуктов деления выполнено в виде газорегулируемойтепловой трубы, объем неконденсирую"шегося газа которой сообщен с ком"пенсационным объемом тепловыделяющего элемента, изотермическая зонасн во же на уст рой ст вом для из мере ниятемпературы, а зона испарения снабжена нагревателем.1 9367Изобретение относится к областиядерной физики и атомной энергетики,а более конкретно к устройствам дляопределения выгорания топлива, выполненным в виде тепловыделяющегоэлемента (ТВЭЛ) с датчиком для измерения давления газообразных продуктов деления, по изменению которогоопределяют выгорание.Известно устройство для определе Ония выгорания, представляющее собойТВЭЛ, в компенсационном объеме которого установлен датчик для измеренияколичества продуктов деления, выполненный в виде пиролитического графита, собирающего осколки деления 11.Недостатком известного устройстваявляется сложность интерпретации результатов, так как имеющимися средствами достаточно сложно определить из" щменение размеров блока пиролитического графита.Известно также устройство для определения выгорания топлива, содержащее ТВЭЛ, в компенсационнм объеме 25которого установлено устройство дляопределения давления газообразныхпродуктов деления (2,Недостатком известного устройстваявляется невысокая надежность изме"рения выгорания, что связано с тем,что электрофизические свойства устройства для определения давления газообразных продуктов деления, выполненного в виде вольфрамовой нити, покоторой пропускают импульсный ток, изменяются под действием излучения.Кроме того, существенное изменениев,показания устройства вносят колебания окружающей температуры.Целью изобретения является повышение надежности измерений выгорания.Поставленная цель достигается тем,что в известном устройстве для определения выгорания топлива, содержащем ТВЭЛ, в компенсационном объемекоторого установлено устройство дляопределения давления газообразныхпродуктов деления, устройство для определения давления газообразных продуктов деления выполнено в виде газо 50регулируемой тепловой трубы, объемнеконденсирующегося газа который со"общен с компенсационным объемом ТВЭЛ,изотермическая зона снабжена уст"ройством для измерения температуры, азона испарения снабжена нагревателем,На чертеже показано устройство дляопределения выгорания,33 2Устройство содержит ТВЭЛ с оболочкой 1, концевые 2 и дистанционирующие 3 детали., компенсационный объем 4,который через отверстие 5 сообщаетсяо объемом 6 неконденсирующегося газагазорегулируемой тепловой трубы, со"стоящей из зоны 7 испарения, изотермической эоны 8, зоны 9 конденсациитеплоносителя 1 О, радиатора 11 излучателя, нагревателя 12, и устройство13 контроля (измерения) температуры.Предварительно объем тепловыделяющегоэлемента вакуумируется, затем запол"няется неконденсирующимся инертнымгазом, например гелием, под давлением5-6 торр и герметизируется. Нагреватель размещен в зоне 7 испарения, аустройство контроля температур в зоне 8,Устройство работает следующим образом.До выхода реактора на мощность спомощью нагревателя 12 по высоте тепловой трубы выставляется изотермичес.кая эона 8, которая контролируется спомощью устройства 13 контроля температуры, при этом давление неконденсирующегося газа (ксенона и криптона)в тепловыделяющем элементе будет соответствовать давлению теплоносителяв изотермической зоне, которое определяется по известной зависимостиВ0 ДР=А" - 7Тгде Р - давление насыщенных паровтеплоносителя;Т - температура в иэотермической зоне; .А,В - постоянные коэффициенты,зависящие от вида теплоносителя.При работе реактора по мере выгорания ядерного топлива пропорционально растет количество (давление) выделяемых газообразных продуктов деления (ксенона и криптона), которые,диффундируя в топливе через отверстие 5, попадают в объем 6 неконденсирующегося газа и вызывают изменениедавления в объеме на величину бР,что соответственно приводит к изменению температуры теплоносителя в изотермической зоне на величину Ь Т,Измеряя изменение температуры визотермической зоне по градуировочной кривой зависимости температурыот давления, можно определить давление теплоносителя в изотермическойзоне, которое соответствует давлению3 93673 неконденсирующегося газа в тепловыде" ляющем элементе, тем самым определить выгорание ядерного топлива, которое прямо пропорционально количеству выделяемых газообразных продуктов деления. Повышая температуру в зоне 7 испарения нагревателем 12, можно повысить диапазон измеряемого давления, тем самым повысить диапазон определения выгорания, 10П р и м е р, Проводился расчет эффективности изобретения для топливных элементов реакторов типа ВВЭРс 3,5 обогащением по уранув среднем потоке тепловых нейтронов порядка 10нейтр, смс 1 и размерами топливаи тепловой трубы д = 7,7 мм; Ь = 2500 мм; и О = 7 мм; Н = 2000 мм Таблица 1м м еТ 12, Выход,Выход Ф на 1 акт деления 0-235 Изотоп Изотоп на 1 акт деленияКгКгКгКг0,8 0,544 ХеХеХеХе ХеХеХеХЕХе стаб,стаб,стаб,стаб,стаб. стаб, стаб, 10,6 г 2,93 4,39 8,06 6,46 1,00 0,293 стаб,2,02 КгКгКгКгКгКг78 мин 2,8 ч 3,2 мин 6,626,36,05,495,43,8 5,27 дн,9,2 ч3,9 мин17 мин 4,59 5,03,451,870,48 1 О с 41 с ХеХе16 с ХеХеХеКгКг2,0 с 1,4 с 1,33 17 с 1,5 с 0,10 0,0510 1,0 с топлива объемом М за время облучепния , Вычислялось по формуле. ба дор"Х( .б р ) 1- -- /хрщр",;,4 р 4 Ъ Количество М 1 стабильных и долгоживущих изотопов, выделившихся из 3 4соответственно. При расчете объем неконденсирующегося газа брали равным100 см.Выгорание ядерного топлива вычислялось по формулег = 1006.1 СУ сГгде в- сечение деления атома ура"на, см 2;поток тепловых нейтронов,С-г Слвремя облучения, с,В результате облучения ядерноготоплива выделяются газообразные продукты деления (ксенон и криптон),которые имеют различные ядерные характеристики, В таблице 1 приведеныхарактеристики газообразных изотопов,получающихся при делении урана,936733 Таблица 2 Примечание Давление газа в объеменеконденс. газа, гПа Температура в изотермической зоне, К Выгорание 0,66 Температуратеплоносителяреактора равна308+5 К Составитель Ю, УшаковРедактор ГПрусова Техред И.Гайду Корректор И. Ватрушкина т е аа а Ыт Тираж 427 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, -35, Раушская наб., д, 4/5Заказ 6342/1 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная,где 1 - скорость деления урана; М - относительный выход 1-го изотопа на один акт деления,О - коэффициент диффузии. осколков деления, см с а " радиус сфер, из которых спечено топливо, см Зная количество выделившихся атомов газообразных продуктов деления,можно по известной зависимости РпКТ, 12,0 24,0 36,0 48,0 60,0 Применение изобретения позволитповысить надежность и оперативность где и - число молекул в единице объемаК - постоянная Больцмана;Т - температура в единицах Кель 5 вина,определить давление газа в тепловыделяющем элементе в любой моментизмерения и соответственно определитьстепень выгорания,Результаты расчета сведены втабл. 2,Э 603 769 816 847 854 869 измерения степени выгорания ядерноготоплива.,