Исследователи из Национальной лаборатории Айдахо (INL) Министерства энергетики США (DOE) разработали новый метод моделирования того, что происходит со стержнем ядерного топлива при его перегреве, используя недавно разработанный детектор, который они планируют использовать в будущих испытаниях усовершенствованных конструкций топлива для легководных реакторов, начиная со следующего года.
Исследователи разработали первое в своем роде устройство, которое может обнаружить и изучить критический тепловой поток ядерного топливного стержня. Критический тепловой поток возникает, когда топливный стержень начинает перегреваться и больше не может передавать дополнительное тепло воде. Это приводит к чрезмерному кипению на поверхности стержня и потенциально может вызвать чрезмерное повреждение топлива. Устройство, разработанное исследователями, обнаруживает и измеряет кипение в заполненной водой капсуле, предназначенной для испытаний на безопасность топлива.
Испытания, проведенные на испытательном реакторе INL TREAT (“Transient Reactor Test Facility”), в конечном итоге помогут исследователям лучше понять пределы безопасности ядерного топлива, сообщили в Управлении по ядерной энергии Министерства энергетики США.
"Критический тепловой поток - это важный параметр, который регуляторы используют для определения пределов безопасности ядерного топлива", - сказал технический руководитель испытаний Колби Дженсен, - "Эти эксперименты помогут нам лучше понять поведение топлива и продемонстрировать, как надежные защитные функции современных конструкций топлива позволят более эффективно использовать эти конструкции".
Детектор кипения будет включен в будущие испытания безопасности усовершенствованных конструкций топлива для легководных реакторов, включая испытания топлива на устойчивость к авариям, которые должны состояться в 2022 году, заявили в DOE. Цель испытаний - улучшить теплопередачу от топлива в легководных реакторах, что поможет установкам работать более эффективно и максимально увеличить производство электроэнергии.
Национальная лаборатория Айдахо выпустила замедленное видео, демонстрирующее процесс кипения до момента достижения критического теплового потока, когда большое количество пузырьков водяного пара касается поверхности топливного стержня. На видео показан эксперимент, проведенный вне испытательного реактора в специально разработанной капсуле, заполненной водой, с использованием электрически нагреваемого топливного стержня для имитации условий.
TREAT - это испытательная установка с воздушным охлаждением и тепловым спектром, предназначенная для оценки реакции топлива и конструкционных материалов реактора на аварийные условия. Данный реактор, достигший первой критичности в 1959 году, изначально был построен для испытания топлива для реакторов на быстрых нейтронах, но его гибкая конструкция позволяет использовать его также для испытания легководных реакторов и других ядерных топлив и материалов в экстремальных условиях. В 1994 году установка была переведена в режим ожидания, но в 2013 году Министерство энергетики предложило восстановить возможность проведения испытаний ядерного топлива для помощи в разработке новых, усовершенствованных, более безопасных и эффективных видов топлива для реакторов, что привело к решению о перезапуске установки. TREAT был перезапущен в 2017 году и возобновил работу в 2018 году.
