Исследовательские ядерные установки АО «ГНЦ НИИАР»

1.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ ЯДЕРНЫЕ УСТАНОВКИ
АО «ГНЦ НИИАР»

2.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Материаловедческий Исследовательский
Реактор
Физический пуск - 24.12.1966г.,
Энергетический пуск – 11.08.1967 г.
Фактически экспериментальные исследования на реакторе начались с 1968 г.

3.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Наименование параметра
Значение
Максимальная тепловая мощность реактора, МВт
100
Активная зона реактора:
эффективный диаметр, см
высота, см
количество ячеек для рабочих и экспериментальных ТВС
топливо
замедлитель
112,2
100
61
235U (обогащение 90%)
бериллий
Коэффициент неравномерности энерговыделения по высоте
активной зоны
1,38
Максимальная мощность рабочего канала, МВт
3,2
Максимальная плотность потока
тепловых нейтронов, см-2 с-1
быстрых нейтронов, Е >1Мэв, см-2 с-1
5х1014
1х1014

4.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Be - блок активной зоны
Be - блок отражателя
Be - блок петлевого канала
Стержень АЗ-КС
Стержень АР
Be - пробка активной зоны
Be - пробка отражателя
Рабочий канал
Петлевой канал
Канал с догрузкой
Ионизационная камера
Al - пробка
труба СУЗ
труба СУЗ с заглушкой

5.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Материаловедческий исследовательский реактор
(МИР) - реактор канального типа с водяным
теплоносителем, бериллиевыми замедлителем и
отражателем. Рабочие и петлевые
каналы
установлены
в
центральных
отверстиях
бериллиевых блоков замедлителя. Активная зона
размещена в бассейне с водой, охлаждающей
бериллиевые
блоки
и
стержни
системы
управления и защиты.
Основное назначение реактора
- длительные
петлевые испытания и специальные эксперименты
с твэлами и ТВС как действующих, так и
перспективных реакторов различных типов.

6.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
ТВС РУ МИР.М1:
1 – головка; 2 – вытеснитель; 3 – гребенка верхняя;
4 – твэлы; 5 – гребенка нижняя; 6 – ножка

7.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Принципиальная схема охлаждения активной зоны реактора МИР.М1:
1 – теплообменники I контура; 2 – насосы I контура (ГЦН-146); 3 – насосы контура
оборотного водоснабжения; 4 – эжекторы; 5 – регенератор; 6 – теплообменник
системы сжигания гремучей смеси; 7 – контактные аппараты; 8 – ионообменные
фильтры системы спецочистки; 9 – теплообменник системы спецочистки; 10 – насос
аварийного расхолаживания (КСМ-50); 11 – механические фильтры; 12 – газовые
емкости; 13 – компенсаторы давления; 14 – дегазатор; 15 – система контроля
герметичности оболочек твэлов; 16 – градирня

8.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Схема организации
экспериментальных
исследований на петлевых
установках

9.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

10.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Водяная петлевая установка ПВ-1
Предназначена для внутриреакторных испытаний твэлов, ТВС и конструкционных
материалов водоохлаждаемых ядерных реакторов. К установке подсоединяется один
или два экспериментальных внутриреакторных петлевых канала.
Максимальные параметры установки ПВ-1:
– тепловая мощность установки – 2000 кВт;
– тепловая мощность одного канала –1000 кВт;
– давление в первом контуре – 17 МПа;
– температура теплоносителя:
● на входе в канал – 300 °С;
● на выходе из канала – 350 °С;
– расход теплоносителя – до 16 т/ч.

11.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Водяная петлевая установка ПВ-2
Предназначена для внутриреакторных испытаний твэлов, ТВС и конструкционных
материалов водоохлаждаемых ядерных реакторов. К установке подсоединяется
один или два экспериментальных внутриреакторных петлевых канала.
Максимальные параметры установки ПВ-2:
– тепловая мощность установки – 2500 кВт;
– тепловая мощность одного канала – 1500 кВт;
– давление в I контуре – 18 МПа;
– температура теплоносителя:
● на входе в канал – 310 °С;
● на выходе из канала – 350 °С;
– расход теплоносителя – до 16 т/ч.

12.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Пароводяная петлевая установка ПВК -1
Предназначена для внутриреакторных испытаний твэлов ТВС и конструкционных материалов водоохлаждаемых ядерных реакторов как в режиме с кипением, так и в
режиме без кипения теплоносителя. К установке подсоединяется один или два
экспериментальных внутриреакторных петлевых канала.
Максимальные параметры установки ПВК-1:
– тепловая мощность установки – 2000 кВт;
– тепловая мощность одного канала – 1000 кВт;
– давление в I контуре – 17 МПа;
– температура теплоносителя:
● на входе в канал – 300 °С;
● на выходе из канала – 350 °С;
– расход теплоносителя – до 16 т/час;
– массовое паросодержание в канале – до40 %.

13.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Пароводяная петлевая установка ПВК -2
Предназначена для внутриреакторных испытаний тепловыделяющих элементов,
ТВС и конструкционных материалов водоохлаждаемых ядерных реакторов как в
режиме с кипением, так и без кипения теплоносителя.
К установке подсоединяется один или два экспериментальных внутриреакторных
петлевых канала.
Максимальные параметры установки ПВК-2:
– тепловая мощность установки – 2500 кВт;
– тепловая мощность одного канала –1500 кВт;
– давление в I контуре – 18 МПа;
– температура теплоносителя:
● на входе в канал – 350 °С;
● на выходе из канала – 355 °С;
– расход теплоносителя– до 16 т/час;
– массовое паросодержание в канале – до 40 %.

14.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Паровая петлевая установка ПВП-1
Предназначена для ресурсных испытаний опытных твэлов, ТВС и конструкционных
материалов в петлевом канале активной зоны реактора. В первом контуре
циркуляции теплоносителя происходит генерация слабо перегретого пара в
теплообменнике, охлаждение этим паром тепловыделяющей сборки петлевого
канала и перенос тепла к конденсатору.
К установке подсоединяется один экспериментальный внутриреакторный петлевой
канал.
Максимальные параметры установки ПВП-1:
– мощность ТВС – 100 кВт;
– температура пара на входе в ТВС –
300 °С;
– температура пара на выходе из ТВС – 510 °С;
– температура оболочки твэлов – 655 °С;
– давление теплоносителя на выходе из ТВС – 6,5 МПа.

15.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Пароводяная петлевая установка ПВП-2
Предназначена для исследований и обоснования работоспособности элементов
активных зон перспективных энергетических реакторов в широких диапазонах
температур и давлений, включая аварийные режимы работы твэлов. Имеет три
контура.
Максимальные параметры I контура установки ПВП-2:
– температура теплоносителя на выходе из канала – 550 °С;
– расход теплоносителя – до 10 т/ч;
– давление – 20 МПа.

16.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Петлевая установка ПГ-1
Предназначена для комплексных исследований работоспособности твэлов и ТВС
перспективных энергетических реакторов с газовым теплоносителем типа ВТГР.
Тепло отводится газовым теплоносителем первого контура и передается рабочей
среде в теплообменниках двух параллельных контуров системы охлаждения. Из
системы охлаждения тепло передается в промышленный контур и контур оборотного
водоснабжения РУ МИР.М1.
Максимальные параметры I контура установки ПГ-1:
– температура теплоносителя на выходе из канала – 600 °С;
– расход теплоносителя – 1,3 кг/с;
– давление – 20 МПа.

17.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Основные направления исследований
Испытания твэлов и ТВС для активных зон реакторов нового поколения повышенной
безопасности в проектных режимах. Испытания облученных и необлученных топливных
элементов в условиях, моделирующих различные аварийные ситуации.
Изучение поведения негерметичных облученных топливных элементов в стационарных
и переходных режимах.
Основная деятельность
Коэффициент использования реактора в 2011 г. составил 0,66.
Создан резервный пункт управления ИР МИР.М1.
Усовершенствована система аварийного электроснабжения.
Проведен монтаж интеллектуальных измерительных каналов потока нейтронов системы
КГО производства «АСПЕКТ».
Модернизирована система контроля параметров, отвечающих за безопасность ПУ ПВ-1,
ПВК-1.
Смонтирована и принята в эксплуатацию система аварийного расхолаживания ТВС.
Завершены радиационные испытания минитвэлов с монолитным уран-молибденовым
топливом и твэлов на основе керметного топлива в циркониевой оболочке.
В ближайшее время планируются:
– внедрение новой системы радиационного контроля.
– усовершенствование системы КГО.
– модернизация измерительных систем ПУ ПВ-1.
– модернизация измерительных систем ПУ ПВК-1.

18.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Поперечное сечение четырёхтвэльной ТВС с высокообогащённым и
шеститвэльной ТВС с низкообогащённым урановым топливом

19.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

20.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

21.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

22.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Принципиальная схема и поперечное сечение ЭТВС:
1 ― петлевой канал, 2 ― ЭТВС, 3 ― вытеснители ЭТВС, 4 ― твэл, 5 ― термометрический
твэл, 6 ― ТЭП в теплоносителе

23.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Схема расположения дистанционирующих решёток и датчиков
контроля параметров с указанием координаты по высоте
активной части твэла в метрах и точек: 1 ― ТЭП в
теплоносителе на выходе из активной части; 2, 3 ― ТЭП на
оболочке твэла; 4 ― ТЭП на нагревателе; 5 ― детектор
прямого заряда и ТЭП на оболочке твэла; 6 ― датчик давления
и ТЭП на входе в активную часть

24.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Изменение во времени в процессе эксперимента давления в твэле (1),
температуры оболочки в точках № 2 и 3, где ТЭП располагаются на оболочке твэла (2, 3)

25.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

26.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

27.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

28.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Конструктивная схема и поперечное
сечение облучательного устройства
для испытаний плоских образцов
конструкционных материалов в петлевой
установке реактора МИР:
1 — головка петлевого канала;
2 — термоэлектрический преобразователь;
3 — нажимное устройство;
4 — головка облучательного устройства;
5 — корпус петлевого канала;
6 — держатель;
7 — пеналы первого (В) и второго (С) типа;
8 — образцы;
9 — разделитель потока теплоносителя;
10 — перемешивающая решётка;
11 — блок с подогревом,
12 — дистанционирующая пластина;
13 — активационный детектор

29.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Изменение плотности потока нейтронов (Е > 1 МэВ) в зоне установки пеналов с
образцами при мощности окружения 450 и 570 кВт

30.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Распределение температуры на поверхности
образцов и термоэлектрических
преобразователей с указанием их
местоположения

31.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

32.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

33.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1

34.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Телекамеры
Двухкоординатный
стол
Внешний вид
стенда инспекции
при размещении в
бассейне выдержки
реактора МИР
ЭТВС
Каретка с
приводом
Гнездо с
приводом

35.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.

36.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.

37.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.
Критический стенд реактора МИР создан в 1966 г. За период более чем
сорокалетней эксплуатации критического стенда выполнен большой объём
исследовательских работ по изучению физических характеристик реактора МИР и
его экспериментальных устройств.
Активная
зона
и
отражатель
критической
сборки
экспериментальном баке, который залит дистиллированной водой.
размещены
в
Активная зона с отражателем набраны из шестигранных бериллиевых блоков.
Блоки размещают в узлах гексагональной решетки с шагом 150 мм. Центральные
ряды блоков выполняют функции замедлителя и среды диффузии нейтронов,
внешние отражателя. В осевые отверстия блоков первых четырех рядов кладки
устанавливают рабочие каналы со штатными ТВС и макеты ЭУ.

38.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.

39.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.
Двенадцать ячеек для размещения макетов ЭУ расположены во втором и третьем
рядах кладки таким образом, что каждая окружена шестью ячейками с рабочими
каналами.
В экспериментах на критсборке используют шести- и четырехтвэльные рабочие
ТВС. ТВС из шести коаксиально расположенных кольцевых твэлов является топливной
сборкой старой конструкции, ранее используемой в реакторе. Габаритные размеры
четырех наружных твэлов для обоих типов сборок одинаковы. Каждый твэл
представляет собой трехслойную трубу: топливный слой с обеих сторон заключен в
оболочку из алюминиевого сплава. Толщина твэла 2 мм, ширина межтвэльного зазора
2,5 мм, высота активной части 1000 мм, наружный диаметр внешнего твэла 70 мм. В
качестве топлива для шеститвэльных ТВС использован уран-алюминиевый сплав, для
четырехтвэльных UO2, диспергированный в алюминиевую матрицу. Обогащение
топлива по 235U 90%. Номинальная масса 235U в ТВС обоих типов 350 г. Выгорание
топлива в рабочих ТВС моделируют использованием сборок такой же конструкции, но
с уменьшенным содержанием 235U.
В экспериментальные каналы загружают полномасштабные макеты петлевых
ТВС, облучаемых в реакторе.
Расположение рабочих органов СУЗ критической сборки и их конструкция, в
целом, соответствуют реакторным. Поглощающие стержни перемещаются в
направляющих трубах, расположенных в отверстиях на стыках блоков кладки
активной зоны.

40.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.
• обоснование ядерной безопасной эксплуатации реакторов СМ и МИР;
• определение нейтронно-физических характеристик экспериментальных каналов и
устройств для этих реакторов;
• выбор средств формирования режимов облучения и согласования заданных
режимов испытаний ЭУ, одновременно облучаемых в реакторе;
• исследования в обоснование концепций модернизации активной зоны, твэлов и ТВС
и принимаемых проектных решений;
• выполнение экспериментов с целью отработки методик расчета нейтроннофизических характеристик реакторов;
• подготовка персонала.

41.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.
• обоснование ядерной безопасной эксплуатации реакторов СМ и МИР;
• определение нейтронно-физических характеристик экспериментальных каналов и
устройств для этих реакторов;
• выбор средств формирования режимов облучения и согласования заданных
режимов испытаний ЭУ, одновременно облучаемых в реакторе;
• исследования в обоснование концепций модернизации активной зоны, твэлов и ТВС
и принимаемых проектных решений;
• выполнение экспериментов с целью отработки методик расчета нейтроннофизических характеристик реакторов;
• подготовка персонала.

42.

ИЯУ АО «ГНЦ НИИАР». МИР.М1
Критический стенд МИР.М1.