ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИАЦИОННОГО РАЗОГРЕВА МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ ОБЛУЧЕНИИ В РЕАКТОРЕ ИГР

В статье представлены результаты экспериментов по измерению температуры образцов конструкционных материалов, подвергнутых радиационному разогреву в условиях импульсного облучения на исследовательском реакторе ИГР. Для регистрации температуры разработано внутриреакторное экспериментальное устройство, состоящее из защитной ампулы с максимально разреженной средой, внутри которой размещались исследуемые образцы. Термопары интегрированы непосредственно в структуру образцов, с целью измерения температуры внутри материала. Исследованы температурные отклики 12 материалов, включая тугоплавкие металлы, высоколегированные стали и алюминиевые сплавы. Установлены характерные закономерности нагрева, отражающие влияние физических и радиационных свойств материалов. Полученные данные актуальны для верификации теплотехнических моделей и повышения точности расчетов при проектировании оборудования для ядерных установок.

1. J.L. Rempe, D.L. Knudson, J.E. Daw, K.G. Condie, S. Curtis Wilkins, New Sensors for In-Pile Temperature Measurement at the Advanced Test Reactor National Scientific User Facility, Nuclear Technology, Volume 175(3), pp. 681-691, 2011. https://doi.org/10.13182/NT11-A12515

2. B. Rossaert, T. Toyama, M. Yamazaki, K. Suzuki, M. Narui, T. Shikama, E. Sikik, P. Jacquet, S. Van Dyck, Development of a multipurpose rig for material irradiation tests in BR2, Journal of Nuclear Materials, Volume 565, 2022, 153742. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153742

3. Liu Chang, Xia Yi, Peng Xingjie, Zhao Wenbin, Song Jiyang, Jin Shuai, Liu Runqi, He Yuhao. Thermal Performance Analysis of Low Temperature Differential Flow Heat Transfer Process in HFETR Irradiation Device[J]. Nuclear Power Engineering, 2023, 44(S2): 184-187. https://doi.org/10.13832/j.jnpe.2023.S2.0184

4. A.V. Varivtsev, I.Yu. Zhemkov, A.V. Boev, O.V. Ishunina, Yu.V. Naboyshchikov, N.S. Poglyad, M.G. Sharonova, Computational and experimental study of an irradiation rig with a fuel heater for the BOR-60 reactor, Nuclear Energy and Technology, Volume 2, Issue 2, 2016, Pages 126-131. https://doi.org/10.1016/j.nucet.2016.05.010

5. C. Reynard-Carette, G. Kohse, J. Brun, M. Carette, A. Volte and A. Lyoussi, Review of Nuclear Heating Measurement by Calorimetry in France and USA, EPJ Web Conf., 170 (2018) 04019. https://doi.org/10.1051/epjconf/201817004019

6. Kee Nam Choo, Man Soon Cho, Sung Woo Yang, Byung Hyuk Jun, Myong Seop Kim, Development of a Low-Temperature Irradiation Capsule for Research Reactor Materials at HANARO, Nuclear Technology, Volume 195(2), pp. 213-221, 2016. https://doi.org/10.13182/NT15-154

7. A. Gusarov, K.L. Davis, J. Vande Pitte, B.J. Heidrich, I. Uytdenhouwen, S. Van Dyck, Monitoring the temperature of reactor experiments using radiation-induced swelling in SiC, Journal of Nuclear Materials, Volume 542, 2020, 152535. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2020.152535

8. Hyun Ju Jin, Tae Kyu Kim, Neutron irradiation performance of Zircaloy-4 under research reactor operating conditions, Annals of Nuclear Energy, Volume 75, 2015, Pages 309-315. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2014.08.042

9. M. Kiritani, The need for improved temperature control during reactor irradiation, Journal of Nuclear Materials, Volume 160, Issues 2–3, 1988, Pages 135-141. https://doi.org/10.1016/0022-3115(88)90040-2

10. Erlan Batyrbekov, Vladimir Vityuk, Alexander Vurim, Galina Vityuk, Experimental opportunities and main results of the impulse graphite reactor use for research in safety area, Annals of Nuclear Energy, 2023, Vol.182, 109582. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2022.109582

11. Gorin, N. V., Kandiev, Ya. Z., Ul'yanov, A. I., Shmakov, D. V., Shcherbina, A. N., Gaidaichuk, V. A., Kaz'min, Yu. M., Skivka, A. S., Vasil'ev, A. P., & Pavshuk, V. A. (2001). Measurement of the temperature of structural materials heated by radiation from a pulsed uranium–graphite reactor. Atomic Energy, 90(1), 17–21. https://doi.org/10.1023/A:1011327604237

12. Vladimir Vityuk, Galina Vityuk, Alexander Vurim, Ruslan Irkimbekov, Ivan Kukushkin, Artur Surayev, Nurzhan Mukhamedov. Testing of a heterogeneous fuel rod in the research Impulse graphite reactor // Progress in Nuclear Energy. –2023. – Volume 164, 104889. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104889

13. Kelsingazina R., Vityuk V., Vurim A., Vityuk G., Mukhamedov N., Tikhomirov G. Computational approaches for determining the nuclear heating value of structural materials during the irradiation at the IGR reactor // Annals of Nuclear Energy. –2024. –Vol.204, art. no. 110532. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2024.110532

14. Р.Е. Келсингазина, В.А. Витюк, Г.А. Витюк, Н.Е. Мухамедов, С.А. Должиков. Исследование нейтронно-физических процессов, определяющих характер радиационного разогрева материалов в импульсном графитовом реакторе // Вестник НЯЦ РК. –2024. –Вып. 3 (99). – C. 56-64. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-3-56-64

15. Н.Е. Мухамедов, В.А. Витюк, Г.А. Витюк, А.Д. Вурим, Р.Е. Келсингазина, С.А. Должиков, Д.Т. Женис, А.С. Сураев. Расчетные исследования в обоснование возможности проведения внутриреакторного эксперимента с топливом энергетического реактора при реализации длительного режима работы реактора ИГР // Вестник НЯЦ РК. –2024. –Вып. 4 (100). – C. 88-95. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-4-88-95

16. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М. Атомиздат, 1968. – с. 395.

17. Bobkov V.P., Fokin L.R., Petrov E.E., Popov V.V., Rumiantsev V.N., Savvatimsky A.I. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: a Tutorial and Collection of Data. IAEA, VIENNA, 2008.

18. Неймарк Б.Е. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике, справочник. М.: Энергия, 1967. – 240 с.

19. Mughabghab S.F. Atlas of Neutron Resonances: Resonance Parameters and Thermal Cross Sections. Z = 1–100. 6th ed. Amsterdam: Elsevier, 2018. 1400 p.

20. Mughabghab S.F. Atlas of Neutron Resonances: Resonance Properties and Thermal Cross Sections, Z = 61–102. 6-е ed. Amsterdam: Elsevier, 2018. 696 p.