Загрузка реального КЗ-202
Исследование вязкости облученного мезитилена
Загрузка на стенде КЗ-201
Выводы по работе и прогноз перспективы криогенного замедлителя
Список литературы
Актуальность работы.
В настоящее время криогенные замедлители, и «холодные» нейтроны требуются все больше и больше, поскольку исследования смещаются в сторону наносистем, где необходимо получать интенсивный поток нейтронов ~6*1014c-1 с длинной волны >4Å. Получить определенную энергию и длину волны необходимых для послоистого изучения структуры, возможно только при применении «холодного» замедлителя, который располагается в активной зоне, непосредственно у реактора. Однако, в связи с обширной системой биологической защиты проложение трубопровода имеет сложный характер. Для решения этой проблемы был создан новый стенд шарикового холодного замедлителя КЗ-201 (рис. 3.).
Рисунок 3 Испытательный стенд КЗ-201 в экспериментальном зале ИБР – 2
Как видно из представленных рисунков стендов КЗ-202 и КЗ-201 можно выделить отличие между моделями в пневмотракте. Усложнение пути доставки рабочего вещества в камеру криогенного замедлителя является очень необходимым аспектом. И цель данной работы это учитывает.
Цель работы: проверить возможность проведения загрузки камеры замедлителя КЗ-201 на испытательном стенде с участком подъема канала транспортировки шариков.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
I. создание стенда (монтаж механических узлов),
II. проверка работоспособности основных узлов,
III. обеспечить передачу данных с датчиков в ПК,
IV. проверить возможность удаленного контроля и управления составляющих стенда,
V. провести эксперимент.
Подготовка к эксперименту
Труба пневмотрассы внутренним диаметром 16 мм имеет экранно-вакуумную изоляцию. Предварительно был произведен расчет теплопритока. Вакуумная изоляция, согласно расчетным данным, обеспечивает теплоприток на уровне 3 Вт/м в изолирующем объеме 10-4 – 10-5Toрр, что в 2 раза меньше максимально допустимого.
Циркуляция гелия по контуру осуществляется газодувкой BNHeP фирмы BarberNicols (США), дающей максимальный расход гелия с температурой 30-40 К до 4 – 5 г/с при сопротивлении контура не выше 0.08 бар. Значения температуры стенок труб и дозатора фиксируются датчиками типа ТВО и термопарами ТХА; расход гелия измеряется трубкой Пито и дифференциальными манометрами.
Предварительная проверка системы:
1. подсоединили датчики DXLdp к ПТТ. Датчики исправны и отображают верные показания. Установили нули.
2. произведена откачка ПТТ до вакуума 4*10-4 торр, после откачки произвели закачку гелием до 786 торр,
3. собрали дозатор (двигатель исправен, диск с отверстиями вращается),
4. AG-0012 подсоединен к ПТТ (показания гелия 99,6%),
5. запустили газодувку на 80Гц, с последующем увеличением до 385Гц,
6. проверили уровень газгольдера (2,82 куб. метра)
Осуществление эксперимента.
Процесс загрузки шариков в камеру-имитатор начали после достижения рабочих температур (через 6-7 часов после запускахолодильной машины КГУ-700). Процесс «захолаживания» - долгий процесс, требующий внимания, контроля показаний; заполнение азотных ловушек и ведения журнала. Газодувка была установлена на частоте 375Гц; чистота гелия равна 100,1%. Заранее приготовленные замороженные шарики поместили в дозатор, из которого они порционно доставляются во внутреннюю трубу пневмотрассы. Потоком холодного гелия шарики транспортируются к камере-имитатору, их появление в камере фиксируется веб камерой. По окончанию цикла загрузки, жидкий мезитилен удалился из камеры-имитатор через специальную трубку.
III. Результаты.
Физический пуск КЗ-201 был успешно проведен. Наиболее существенными из полученных результатов можно считать следующие:
I. доказана на практике реальность загрузки шариков в камеру замедлителя (объем засыпки шариков — 350 мл) и последующей выгрузки отработанного мезитилена путем его плавления с выходом практически 100 % загруженного материала;
II. несмотря на соударения со стенками трубы, сохранилась их целостность,
III. во время загрузки удалось избежать заторов,
IV. достигнута средняя температура шариков мезитилена в камере Т=50К,
V. проверена надежность работы в течение времени.
В процессе эксперимента на стенде были проблемы с вращением дозатора (вращающийся диск с отверстиями), с датчиками температуры и термопарами, конденсатом на внешней трубе ведущего на подъем в камеру, но опытные умы смогли правильно распорядится показаниями, благодаря чему не пришлось останавливать эксперимент. Важный показатель температуры в дозаторе не превысил максимально допустимого. Это позволило шарикам не слипаться, что в последствии было зарегистрировано в камере-имитатор заполненной мезитиленовыми шариками. Наличие шариков означает удачное прохождение по пневмотракту в подъем, а, следовательно, успех эксперимента (рис. 5.).
Рисунок 5 камера КЗ-201 заполненная 350мл мезитилена
Экономические сведения
Использование криогенных замедлителей нейтронов дает повышенный выход «холодных» нейтронов, что в свою очередь позволяет: сократить время, необходимое для проведения одного эксперимента, связанного с изучением материалом с длинноволновым спектром; проводить те эксперименты, которые были бы невозможны без такого замедлителя из-за их продолжительности.
Рассмотрим 2 варианта криогенного замедлителя: пустого и заполненного рабочим материалом.
В том случае, когда камера замедлителя пуста, рабочая температура составляет ~23С. Представим спектр распределения вероятности по энергиям Максвелла (рис. 6.). Отметим заданный пик кривой с координатами: длинной волны 2Ǻ и потоком нейтрона 1014н/см2·сек. В случае необходимости изучения какой-либо поверхности, находящейся в нано шкале с λ>=10 поток нейтронов n уменьшиться в k раз, что существенно увеличит время исследования[1] холодными нейтронами.
Криогенный замедлитель заполненный рабочим материалом будет эксплуатироваться при Т≈-253С. В этом случае ожидается сдвиг кривой вправо и, как показано на рисунке, n возрастет для необходимого λ.
Рис.6. распределение плотности потока от длины волны.I-тепловые нейтроны; II-холодные нейтроны.
В случае пустой камеры, как упоминалось выше, поток уменьшается и только малая часть от n достигает цели. У йдет больше времени для выполнения задачи, что существенно увеличит расходы на эксперимент. Если учесть стоимость полного цикла реактора, то можно прийти к выводу, что получение холодных нейтронов, посредством пропускания через камеру с рабочим материалом, может быть экономически выгодным решением при исследовании материала с λ находящейся в нанометровой шкале. В свою очередь сокращение времени на исследование структуры приводит к уменьшению вычисления погрешности. При длительном исследовании ошибка может составлять порядка 30%, это недопустимо в измерениях.
https://gatchina3000.ru/great-soviet-encyclopedia/bse/128/081.htm
[1]Методом рефлектометрии - это отражение нейтронной волны от поверхности и последующее получение картинки рассеяния, которая несет информацию об устройстве плоскостей от которых отражаются нейтроны, причем за счет того что нейтрон нейтрален он имеет глубокую проникающую способность. Особенностью является тот факт, что можно послойно получать информацию о структуре. Иными словами если есть сложная слоистая структура, и есть еще несколько слоёв разной величины, слоёв из разных элементов, то можно получить информацию о толщине слоя, о средней атомной плотности слоя и о намагниченности слоёв.