В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» завершается разработка экспериментальной установки для неразрушающего контроля содержания урана в инновационных топливных компактах. Эти элементы предназначены для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Об этом сообщили в пресс-службе НИЯУ МИФИ.
Реактор ВТГР, тепловой мощностью 200 МВт, предназначен для генерации высокотемпературного тепла, необходимого для крупномасштабного производства водорода. Температура гелия, выходящего из активной зоны, достигает 850 °C. Проект реактора находится на стадии разработки, но топливные элементы уже готовы. Они представляют собой графитовые цилиндры высотой 5 см и диаметром 12,5 мм, внутри которых размещены микротвэлы — шарики с кернами из диоксида урана в многослойной керамической оболочке.
Одной из основных задач является определение количества урана в партии компактов. Технология производства топлива является сложной и многостадийной, что приводит к разбросу в диаметрах микротвэлов и их количестве в одном компакте. В одном компакте содержится около четырёх тысяч микротвэлов диаметром менее одного миллиметра. Возможны отклонения в количестве микротвэлов или их урановом содержании, а также различия в обогащении урана по сравнению с заявленными параметрами.
Установка, разработанная в МИФИ, основана на активном нейтронном методе. Партия компактов подвергается облучению внешним источником нейтронов, вызывающих деление урана. Регистрация нейтронов деления позволяет определить интенсивность реакции и, следовательно, количество урана в партии. Для генерации нейтронного потока используется экспериментальная установка, состоящая из графитового куба массой около 3 тонн, в котором размещён плутоний-бериллиевый радиоизотопный источник нейтронов.
Для регистрации быстрых нейтронов над графитовым кубом установлен блок детектирования, содержащий гелиевые счётчики в полиэтиленовом замедлителе. Между кубом и блоком детектирования размещён кадмиевый экран, поглощающий тепловые нейтроны от внешнего источника. Это снижает фоновые излучения и улучшает соотношение полезного сигнала к фоновым показаниям.
В ходе экспериментов все измерения являются относительными. Учёные сравнивают отклик от проверяемой партии с откликом от стандартного образца, который уже был проверен и аттестован. Если отклик меньше, это указывает на недостаточное количество урана.
По словам исследователей, наиболее сложным этапом при проектировании было правильное выбор материалов и геометрии измерительной системы, а также подбор источника и его расположения. Для этого были проведены предварительные нейтронно-физические расчёты и экспериментальные исследования.
«Одна из ключевых задач, стоящих перед нами, — определять, сколько урана находится в партии компактов. Производство топлива — это сложная многостадийная инновационная технология, и существует разброс по диаметрам микротвэлов и их количеству в отдельном компакте. В одном компакте находится около четырёх тысяч микротвэлов диаметром менее миллиметра. Возможен недостаток количества микротвэлов или несоответствие количества урана в отдельном микротвэле, не говоря уже про обогащение урана, которое может отличаться от заявленного», — поясняет Татьяна Алеева.
Уникальность микротвэлов, содержащих небольшое количество урана, требует измерительных систем с высокой чувствительностью и точностью. Разработанная установка позволит проводить контроль содержания урана в партии свежих топливных компактов перед их помещением в тепловыделяющие сборки (ТВС). Это важный этап технологической цепочки производства топлива для будущего реактора ВТГР.
Ядерные технологии развиваются не только в МИФИ, но и на других площадках. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», в Димитровграде продолжается строительство МБИР — многоцелевого быстрого исследовательского реактора. Эксперты завершили испытания трёх тепловыделяющих сборок, предназначенных для реактора, — они прошли проверку и готовы к загрузке в активную зону.