МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНА
ФАКУЛЬТЕТ «ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЕ»
КАФЕДРА «ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ»
Лабораторная работа №1:
«Исследовательская ядерная установка ИБР-2»
Преподаватель: Сатин А.А.
Студенты: 5 курса
Москва 2016
Оглавление
Список сокращений. 3
Истории импульсных исследовательских реакторов. 4
Информация об уникальной научной установке. 5
Главные преимущества и обоснование УНУ.. 7
Основные направления научных исследований. 8
Наиболее значимые результаты исследований. 8
Заключение. 11
Список литературы.. 12
Список сокращений
ИБР – быстрый импульсный реактор
УНУ – уникальная научная установка
ПО – подвижный отражатель
ОПО – основной подвижный отражатель
ДПО – дополнительный подвижный отражатель
ЛНФ – лаборатория нейтронной физики
ОИЯИ – объединенный институт ядерных исследований
АФМ – антиферромагниный
Истории импульсных исследовательских реакторов
Первый ИБР был создан, главным образом, физиками из Обнинска с участием специалистов ЛНФ ОИЯИ под руководством И. М. Франка.
Упрощенная конструкции уникального реактора построена впервые в мире, на реакторе с достаточно малой средней мощностью 1 кВт (но мгновенная мощность в импульсе достигала 5 МВт). Позже была обоснована возможности поднять среднюю мощность реактора до 6 кВт с увеличением расхода охлаждающего воздуха, и с 1964 года реактор работал на мощности от 2 до 6 кВт.
В общем, довольно длинный импульс реактора (50 мкс) был более адекватным для задач физики конденсированного состояния. Для уменьшения длительности импульса, по предложению Ф.Л.Шапиро с 1965 года первый ИБР начал использовать импульсные нейтронные умножители в режиме нейтронно-производящей мишени электронного ускорителя-микротрона. С пуском импульсного усилителя длительность нейтронного импульса уменьшается до 3 мкс.
Первый ИБР прекратила свою работу в августе 1968 года. Примечательно, что последний эксперимент на этом реакторе был известным экспериментом по первому наблюдению ультрахолодных нейтронов проводимом в редких импульсных режимах. 10 июня 1969 года, усовершенствованный аналог ИБР был введен в эксплуатацию (ИБР-2). Увеличение мощности было достигнуто за счет изменения конструкции элементов плутониевого топлива, а также путем введения двух урановых пластин (модуляторов реактивности) вместо одного в стальной диск.
ИБР-2 был выведен из эксплуатации в 2001 году с целью замены его в будущем с ревакцинацией значительно короче импульса. В 1992 году была сформулирована концепция нового источника названная «Ирэн» (интенсивно резонансный нейтронно-импульсный источник). На 75-й сессии Ученого Совета ОИЯИ в мае 1994 года проекту «Ирэн» был присвоен официальный статус проекта нового базового объекта в ОИЯИ. Как следствие недостаточного финансирования проекта «Ирен», сейчас завершено только производство ускоряющих секций и элементов плутониевого топлива, но был запущен монтаж ускорителя.
Любой реактор имеет ограниченный срок службы из-за развития радиационной усталости конструкционных материалов. В середине 90-х годов была начата программа модернизации реактора ИБР-2 для замены большей часть своих подразделений, срок обслуживания которых истекает в 2007 году. Модернизация, наряду с заменой, предполагает одновременное совершенствование ключевых элементов, таких как корпус реактора, неподвижный отражатель, исполнительные устройства аварийной защиты, внешний замедлитель нейтронов, в целях повышения надежности реактора и его долговечности. Кроме того, новая концепция состава и расстановки замедлителей нейтронов вокруг модернизированного реактора ИБР-2М позволит создать наилучшие условия для эффективного использования модернизированных и новых спектрометров. На новом реакторе планируется расширить сферу применения холодных нейтронов в контексте растущего интереса к исследования нано- и мезоскопических структур в области физики конденсированных сред и биологии. [3]
Информация об уникальной научной установке
ИБР-2 - это модернизированный быстрый импульсный реактор периодического действия. Его главное отличие от других реакторов состоит в механической модуляции реактивности с помощью подвижного отражателя. Подвижный отражатель является сложной механической системой, с общей массой до 60 т, обеспечивающей надежную работу двух частей, определяющих модуляцию реактивности: основной подвижный отражатель и дополнительный подвижный отражатель. Роторы ОПО и ДПО вращаются в противоположных направлениях с разными скоростями. В момент совмещения обоих отражателей у зоны реактора генерируется импульс мощности.
Рис. 1.2 – Схема ЛНФ с ИБР-2
Принципиальные характеристики модернизированного реактора ИБР-2: средняя мощность -2 МВт, частота импульсов -5 Гц, объем активной зоны – 22 литра, тип топлива - 82.5кг PuO2, полуширина импульса - 240мкс (быстрые нейтроны) и 340мкс (тепловые нейтроны), плотность потока тепловых нейтронов с поверхности замедлителя: усредненная по времени 10^13 н/см^2/сек и максимум в импульсе 10^16 н/см^2/сек. После модернизации эксплуатационный ресурс работы модернизированного реактора ИБР-2 рассчитан на 55 000 часов. Реактор работает непрерывно в двенадцатидневном цикле и потом останавливается для подготовки следующих экспериментов. Существует также летняя, более длительная, остановка реактора для технической профилактики. Обычно реактор работает 9 циклов в году. [1]
Подвижный отражатель является одним из наиболее важных и технически наиболее оригинальных узлов реактора ИБР-2. Он не имеет аналогов не только в области проектирования реакторов, а также в других областях машиностроения. Это подвижный отражатель, который определяет длительность импульса мощности реактора ИБР и является его ключевым параметром, определяющим разрешение нейтронных спектрометров на пучках реактора в дифракционных экспериментах и в исследованиях неупругого рассеяния нейтронов. В результате проектирования и проведений экспериментов на испытательном стенде была найдена конфигурации дополнительного подвижного отражателя AMR (так называемый "трезубец"). Три модулятора реактивности с AMR в виде трезубца, в настоящее время эксплуатируются на ИБР-2. Решетчатый отражатель из никелевого сплава был создан для низкой скорости вращения при той же длительности импульса. Он был успешно введен в эксплуатацию на реакторе в 2004 году. Работа при низкой скорости вращения позволяет продлить ресурс безопасной эксплуатации AMR до 20 лет. Тот же отражатель будет работать на модернизированном реакторе ИБР-2М. [2]