EXPERIMENTÁLNÍ PROGRAM BLANKA 1

Technická zpráva

EXPERIMENTÁLNÍ PROGRAM BLANKA 1 Ověření chování modelů blanketu transmutoru s kapalným palivem na bázi roztavených fluoridových solí Souhrnná zpráva díl I.

Ústav jaderného výzkumu Řež a.s. - Hron M., Brož V., Erben O., Ernest J., Flíbor s., Hájek P., Janouš O., Katovský K., Lelek V., Listík E., Málek Z., Masařík V., Mikisek M., Rataj J., Stehno J., Sus F., Viererbl L., Vorel J., Zmítko M., Zmítková J. AureA Praha - Chochlovský I., Jílek M., Peka I. Energovýzkum spol. s r.o. - Brno - Matal O., FJFI ČVUT v Praze - Matějka K., Rataj J.

Listopad 2003

Správa úložišť radioaktivních odpadů

Formátování a korektury textů Správa úložišť radioaktivních odpadů, 2004

Abstrakt Tento 1.díl souhrnné zprávy shrnuje výsledky prací na programu BLANKA I dosažené zejména v roce 2002. Práce probíhaly dle smlouvy č. 81/2000/Nach u objednatele resp. D/4002/201/2000 u zhotovitele. Zpráva obsahuje popis výsledků plnění následujících dílčích výstupů: -

Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru BLANKA 1 Vývoj a výroba vlastního modelového modulu (zhotovení experimentálních schránek, provedení experimentů se dvěma vzorky na VR-1, vyhodnocení ověřovacích pokusů, provedení prvního experimentu na LVR-15) Prováděcí projekt experimentu v Institutu Kurčatova

Abstract This first part of report summarizes results of the works on program BLANKA I, which were reached mainly in 2002. The activities have been done according to the contract No. 81/2000/Nach (or D/4002/201/2000 on maker). The report contains description of the results of the following outlets: -

Executive project BLANKA 1 of the experimental verification of transmutor blanket characteristics Development and manufacturing of a model unit (manufacturing of experimental caskets, execution of experiments with two capsules on the VR-1 reactor, evaluation of proving tests, execution of the first experiment on the LVR-15 reactor). Executive project of experiment in Kurchatov Institute

Obsah 1 Úvodní údaje............................................................................................................2 1.1 Přehled provedených prací ..............................................................................2 1.2 Program BLANKA v roce 2002......................................................................6 1.3 Návrh programu BLANKA do roku 2003 ......................................................7 1.4 Výhled programu BLANKA v návaznosti na program licorn ........................8 2 Prováděcí projekt a zhotovení experimentálního modulu .....................................11 2.1 Dokumentace pro zhotovení resp. inovaci experimentálního modulu ..........11 2.2 Vývoj technologie modulu ............................................................................12 2.3 Program zabezpečování jakosti .....................................................................12 2.4 Vliv sondy na jadernou bezpečnost LVR-15 ................................................15 2.5 Příprava vzorků a taveniny............................................................................19 2.6 Mechanické zkoušky sondy a testy před vložením do reaktoru....................21 3 Komplexní program experimentálního ověření.....................................................21 3.1 Experimenty s instrumentovanou sondou BLANKA 02...............................21 3.2 Zkoušky a ozařovací experimenty na reaktoru VR-1....................................43 3.3 Předpokládaný průběh experimentu 1/2003..................................................50 3.4 Předběžná příprava experimentu BLANKA 417 ..........................................55 3.5 Laboratoř ADTT, její vybavení a program prací ..........................................56 4 Podklady pro další vývoj a výrobu ........................................................................57 4.1 Fyzikální podklady ........................................................................................57 4.2 Výpočtové podklady – program validace......................................................57 4.3 Experimentální podklady ..............................................................................60 4.4 Modelování a vývoj BLANKETU transmutoru............................................64 5 Seznam dokumentace ............................................................................................70 Příloha

1

1

Úvodní údaje

1.1

Přehled provedených prací

1.1.1 Dosavadní postup řešení projektu V roce 2002 byl na základě SoD uzavřené mezi SÚRAO (č. obj. 81/2000/Nach) a ÚJV Řež (č. dod. D/4002/201/2000) na období let 2000 – 2002 již třetím rokem řešen projekt BLANKA, jehož cílem je připravit, provést a vyhodnotit experimenty pro ověření dlouhodobého časového chování blanketu transmutoru určeného pro jaderné spalování vyhořelého jaderného paliva z reaktorů VVER a pracujícího s kapalným palivem na bázi roztavených fluoridů. Experimenty jsou koncipovány jako ozařování vzorků materiálového uspořádání blanketu transmutoru v poli reaktorového záření výzkumných a experimentálních reaktorů. Kapalné palivo je simulováno vhodnými kompozicemi fluoridů různých kovů s použitím vybraných izotopů včetně štěpitelných. Finálním cílem celého projektu je využití vyhodnocených experimentálních výsledků k validaci výpočtových programů pro stanovení radioizotopického složení a dlouhodobého časového chování produktů transmutace a připravení všech podmínek pro zapojení českých experimentálních a teoretických pracovišť do mezinárodní spolupráce v dané oblasti, především do 5. a 6. rámcového programu EU. V roce 2001 byl k výše uvedené SoD uzavřen Dodatek č.1, kterým bylo rozšířeno původní technické zadání pro etapy E02 (2001) a E03 (2002) a prodlouženo období řešení na 4 roky, tj. do roku 2003, v kterém bude řešena etapa E04(2003). V roce 2001 byla dle rozšířeného zadání řešena etapa E02 s následující náplní: E 02 (2001) 4. Na základě vyhodnocení výsledků předběžných výpočtových analýz a projektovaných respektive již v rámci jiných činností realizovaných experimentů na experimentálním reaktoru VR-1 a na technologických neaktivních smyčkách řady ADETKA a vyhledávací studie experimentálního zařízení BLANKA vypracovat komplexní ověřovací program experimentálního ověření (v podmínkách blízkých provozním) komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i technologických charakteristik blanketu transmutoru s kapalným palivem na bázi fluoridů na úrovni prováděcího projektu s konkrétní specifikací času, činností, parametrů schránky, blanketu a ozařování, a také programu následných měření po ozáření) Výstup: 4. Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru Blanka 1 5. Vývoj a výroba vlastního modelového modulu (2 ampule typu BLANKA 1) blanketu transmutoru (s využitím vlastních vyvinutých modelových materiálů alespoň omezeně kompatibilních s vybranými komposicemi fluoridů neštěpných prvků a fluoridu uranu) a jeho experimentální ověření na experimentálním reaktoru VR-1 a ozařování na výzkumném reaktoru LVR-15. Komplexní příprava vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení BLANKA 1 včetně chemických analýz ozářených 2

případně vyhořelých vzorků kompozic paliva na bázi fluoridových solí. Vypracování studie možného použití dalších fyzikálních, metalurgických a chemických metod pro vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení BLANKA včetně ozářených vzorků konstrukčních materiálů případně vyhořelých vzorků kompozic paliva na bázi fluoridových solí. Výstup:

5a. Zhotovení experimentálních schránek 5b. Provedení experimentů se dvěma schránkami na VR-1 5c. Vyhodnocení ověřovacích pokusů 5d. Provedení prvního experimentu s 2 schránkami na LVR-15

5e. Studie použití dostupných fyzikálních, materiálových a chemických metod pro vyhodnocení výsledků ozařování. 6. Zapojení do společného mezinárodního programu (kontrakt s ruskými institucemi a příprava kontraktu na zapojení do evropského 5. rámcového programu) experimentálního ověření (v podmínkách blízkých provozním) komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i technologických charakteristik modelového modulu (ampule) blanketu transmutoru v aktivní zóně (nebo v její blízkosti) výzkumného reaktoru. Výstup: 6. Prováděcí projekt experimentu v institutu Kurčatova Celkový výstup za rok 2001: Komplexní studie experimentálního zařízení BLANKA obsahující výsledky prací provedených v etapách 4 až 6. Na závěrečném kontrolním dnu, který se uskutečnil 14.12.2001, byla podána informace o dosaženém stupni plnění výše uvedeného zadání, zejména naplnění předepsaných výstupů: 5a. Byl dokončen vývoj, konstrukce a výroba vlastního modelového modulu a zhotoveny dvě experimentální schránky každá se dvěma ampulemi typu BLANKA 1 5b. Byly provedeny přípravné experimenty na experimentálním reaktoru VR-1 (experiment BLAŽKA 1) a experimenty se dvěma schránkami typu BLANKA 1 na experimentálním reaktoru VR-1 (podprogram BLANKA 02) a vyhodnoceny ověřovací experimenty. 5c. Byla provedena série ozařovacích pokusů na výzkumném reaktoru LVR-15 (podprogram BLANKA 03) se vzorky ingotů roztavených technických fluoridů umístěných v grafitových kelímcích, v evakuovaných a zatavených ampulích 3

z křemenného skla do standardních aluminiových ozařovacích schránek a provedeny příslušné analýzy a vyhodnocení. 5d. Byla zpracována předběžná verze jaderně bezpečnostní dokumentace a revize plánu zabezpečení jakosti v souladu s požadavky SÚJB. Byly vytvořeny všechny nezbytné předpoklady pro to, aby na základě vyhodnocení všech experimentů a ozařovacích pokusů a provedení zkušebních manipulací a neaktivních testů s experimentálním zařízením BLANKA 1 byla bezpečnostní dokumentace a revize plánu zaručené jakosti zpracována a vydána a vytvořeny tak předpoklady k založení schránky se dvěma ampulemi typu BLANKA 1 do VR-1 a návazně do LVR-15 a provedení prvního experimentu se schránkami se dvěma ampulemi typu BLANKA 1 na VR-1 v prosinci 2001 a návazně na základě vyhodnocení získaných výsledků a zkušeností i na LVR-15. 5e. V kooperaci s Ústavem jaderné fyziky AVČR v Řeži a ŠKODA JS a.s. Plzeň byly vypracovány studie použití dostupných fyzikálních, materiálových a chemických metod pro vyhodnocení výsledků ozařování. Plnění náplně Podetapy 6 a jejího výstupu, jehož termín splnění byl stanoven SoD opět na 15.12.2001, rovněž probíhalo průběžně v souladu s technickým zadáním a byly vytvořeny všechny potřebné předpoklady pro plnění návazných etap v roce 2002: Uzavření kontraktu s ruským ústavem Kurčatova bylo dosaženo počátkem srpna, práce na ruském pracovišti probíhaly bez naší přítomnosti plynule a dle navrženého prováděcího projektu, o čemž jsme byli průběžně informováni. Podepsáním kontraktu byly vytvořeny podmínky pro splnění první etapy a předložení průběžné zprávy o postupu prací a dosažených cílů k 31.8.2001, kterou jsme obdrželi 10.9.2001. Zároveň budou zahájeny přípravy pro instalaci naší schránky ze speciálního materiálu ŠKODA a provedení jeho testování pro licencování jako reaktorového materiálu. Schránka byla fyzicky předána představiteli ústavu Kurčatova 10.9.2001. Dosud není smluvně zajištěna naše účast na procesu vyhodnocování v Rusku v roce 2002. Je tím ohroženo včasné vytvoření podkladů pro licencování materiálu ŠKODA a schválení prováděcího projektu experimentů v ústavu Kurčatova. Aktivity zařazené do projektu BLANKA jsou v rámci komplexního projektu SPHINX (koncepce transmutoru vyvíjená konsorciem TRANMSUTACE v rámci projektu podporovaného MPO ČR) zařazeny do evropského 5. rámcového programu (projekt MOST). Kontrakt byl podepsán 31.10.2001 a práce zahájeny vzápětí na to dle dohodnutého postupu kick-off meetingem svolaným ústředním koordinátorem CEA Cadarache, Francie již ve dnech 18. a 19.10.2001. První pracovní porada odborníků projektu MOST se uskutečnila ve dnech 22. a 23.1. 2002 v CEA Cadarache. Závěrem je možno konstatovat, že celkový výstup za rok 2001: Komplexní studie experimentálního zařízení BLANKA obsahující výsledky prací provedených v etapách 4 až 6. byl včas a v požadované kvalitě splněn. Příslušná závěrečná zpráva oponovaná dvěma nezávislými oponenty byla představiteli objednatele předána ve třech výtiscích dne 7.12.2001.

4

1.1.2 Postup řešení projektu v roce 2002 Předkládaný díl souhrnné zprávy obsahuje plnění náplně dle rozšířeného technického zadání projektu BLANKA za období celého roku 2002, která je dle technického zadání definována následujícím zněním: E 03 (2002) 7. Na základě výsledků a zkušeností získaných při realizaci experimentálního zařízení BLANKA 1, vypracovat projekt experimentálního zařízení BLANKA 2, obsahující mj. komplexní ověřovací program experimentálního ověření (v podmínkách blízkých provozním) komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i technologických charakteristik blanketu transmutoru s kapalným palivem na bázi fluoridů včetně návrhu programu vyhodnocení výsledků ozařovacích experimentů a potřebných chemických analýz ozářených vzorků obsahující mj. fluoridy aktinidů. Výstup: 7. Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru BLANKA II 8. Vývoj a výroba vlastního modelového modulu (3 ampule, z nichž jedna bude obsahovat materiál MONICR) blanketu transmutoru (s využitím vlastních vyvinutých modelových materiálů alespoň omezeně kompatibilních s vybranými komposicemi fluoridů neštěpných prvků a fluoridu uranu) a jeho experimentální ověření na experimentálním reaktoru VR-1 a ozařování na výzkumném reaktoru LVR-15. Komplexní příprava vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení BLANKA 2 včetně chemických analýz ozářených případně vyhořelých vzorků kompozic paliva na bázi fluoridových solí. Výstup:

8a. Výroba schránek pro projekt BLANKA 2 8b. Ověření schránek BLANKA 2 na reaktoru VR – 1

9. Provedení ozařovacích experimentů modelového modulu (ampule) s vybranými komposicemi fluoridů neštěpných prvků na reaktoru LVR-15 a fluoridů aktinidů (Pu, Am, Cm a dalších) v institutu Kurčatova (v podmínkách blízkých provozním); stanovení komplexních reaktorově-fyzikálních a částečně i technologických charakteristik blanketu transmutoru v aktivní zóně (nebo v její blízkosti) výzkumného reaktoru. Výstup:

9a. Kontrahovaná mezinárodní spolupráce 9b. Provedení experimentů na reaktoru LVR-15 s ampulemi BLANKA 2

V první části je podrobně představen soubor výsledků a zkušeností získaných při realizaci experimentálního zařízení BLANKA 1, na jejichž základě je v dalším předložen záměr na provedení doporučených modifikací a vypracování prováděcího projektu experimentálního zařízení BLANKA 2 a návrhu komplexního programu 5

experimentálního ověření a plnění Výstupu: 7. Prováděcí projekt experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru BLANKA II. V druhé části je popsán vývoj a výroba vlastního modelového modulu blanketu transmutoru s vybranými komposicemi fluoridů neštěpných prvků a fluoridu uranu a komplexní příprava vyhodnocení výsledků ozařování experimentálního zařízení BLANKA 2 včetně chemických analýz ozářených případně vyhořelých vzorků kompozic paliva na bázi fluoridových solí. V závěru je pak vyhodnoceno plnění výše uvedených Výstupů: 8a., 8b., 9a. a 9b.

1.2 1.2.1

Program BLANKA v roce 2002 Experiment č. 1/2002

Časové údaje: Ozařováno

4.-5.2.2002

Trvání experimentu:

cca 24 hod.

Výkon LVR-15:

9 MWt

Technické údaje sestavy, případné změny: VNĚJŠÍ SONDA:

hliník TR 6 mm, 5 TČ

AMPULE:

NÁPLŇ - HORNÍ KELÍMEK: - DOLNÍ KELÍMEK:

TR 22x1.5 17248 d. 250mm těsnění délka 1100 mm, pod ventilem grafit grafit PP pouzdra

Analytika, měření: sběr dat, analýza měření n-pole, dozimetrie průběžná a konečná analýza plynů analýza NaFmod., NaF+Mo Hlavní účel experimentu: Ověření technologie a metodik, ověření analýz plynů a náplně Exp.A,B,C

6

1.2.2 EXperiment č. 2/2002 Časové údaje: Ozařováno

16.-17.4.2002

Výkon LVR-15:

9 MWt

Trvání experimentu: cca 24 hod. Technické údaje sestavy, případné změny: VNĚJŠÍ SONDA: AMPULE:

NÁPLŇ - HORNÍ KELÍMEK:

- DOLNÍ KELÍMEK

použít skladované části z exp.1/2002 nové R 6 mm, 5 TČ nově vyrobená ampule, typ jako 1/2002 TR 22x1.5 17248 d. 250mm těsnění: stejné s úpravou, zesílený Ni délka 1100 mm, doplnit stínění gama pod ventilem grafit NaF vylepšit dotek TČ1 grafit NaF + Mo PP pouzdra (výroba 805 -dílny)

Analytika, měření: sběr dat, analýza měření n-pole, dozimetrie průběžná a konečná analýza plynů analýza NaFmod., NaF+Mo Hlavní účel experimentu: Ověření technologie a metodik, kontrola výsledků experimentu 1/2002 ověření analýza plynů a NaF, Opakován exp.A,B,C z exp.č.1/2002

Vzhledem k povodňové situaci a následné nedostupnosti vlastních ozařovacích kapacit (výzkumný reaktor LVR-15 a školní reaktor VR-1) v druhé polovině tohoto roku jsou zbývající ozařovací práce prováděny jako substituce: 1. 2.

1.3

v neutronově fyzikální a metalurgické části – v KI Moskva na reaktoru IR-8 (viz příloha). v radiochemické části – přenesením těžiště experimentálního programu na experiment 1/2003, který je plánován k provedení na leden 2003 na výzkum. reaktoru LVR-15.

Návrh programu BLANKA do roku 2003

Uvádíme přehled - návrh plánu experimentů BLANKA 7

PLÁN EXPERIMENTŮ BLANKA V ROCE 2001, 2002 A POLOVINĚ 2003 (NÁVRH) Čas Experiment Sonda experimentu

Ampule

IV/01

VR-1

I/02

BLANKA02 exp.č. 1/2002 BLANKA02 exp.č.2/2002 BLANKA02 exp.č.3/2002

Nerez NaF ∅22.d.250 dtto NaF

II/02 III/02

BLANKA 02-A BLANKA 02-B BLANKA 02-B BLANKA 02-B

IV/02

BLANKA02 BLANKA exp.č.4/2002 02-B

I/03

BLANKA05 exp.č.1/2003 BLANKA05 exp.č.2/2003 Rusko

II/03 III/03

1.4

BLANKA 05 BLANKA 05 Rusko

Náplň

dtto

NaF

MoNiC ∅23 d.250 300? MoNiCr ∅23 d.250 300? MoNiCr ∅23 d.300 MoNiCr ∅23 d.300 MoNiCr ∅23 d.300

LiNa

Doba ozař.

Hlavní účel

měření

Fyzikální podklady pro ozařování 24 hod Ověření technologie a 4.a 5.2.2002 metodik 24 hod. dtto, navíc analýzy 16.a 17.4.2002 plynů týden Širší program BLANKA experiment zrušen !!!

LiNa +UFx

týden Širší program BLANKA experiment zrušen!!!

LiNa + Ufx LiNa + UFx Rusko MS+MA

týden týden 1000 hod.

Širší program BLANKA 5 graf. kelímků Širší program BLANKA podle výsl.exp.1/2003 Program AMPULA kelímek MoNiCr

Výhled programu BLANKA v návaznosti na program licorn

Tento dlouhodobý výhled je pokusem o logické zapojení programu neaktivních i aktivních ozařování vzorků, sond i smyček BLANKA do celkového programu transmutorů.

1. KONCEPCE 1.1. Zásady spolupráce v rámci programu LICORN v Česku 1.2. Zásady mezinárodní spolupráce v rámci 5FP a 6FP 1.3. Zásady mezinárodní spolupráce ostatní (US, RF, ostatní )

2. FYZIKA A VÝPOČTOVÉ KÓDY 2.1. Koncepce blanketů typu 97 a 98, výpočty 2.2. Výpočtové kódy

8

2.3. Validace výpočtových kódů

3. EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘOVÁNÍ A VÝZKUM MATERIÁLŮ NEAKTIVNÍ 3.1. Neaktivní dlouhodobé a paralelní zkoušky laboratorní BLANKA (pece a autokláv) 3.2. Neaktivní smyčky typu ADETTE, EC 3.3. Metodiky vyhodnocování

4 .EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘOVÁNÍ A VÝZKUM MATERIÁLŮ AKTIVNÍ 4.1. Aktivní sondy typu BLANKA (jad. reaktory VR-1, LVR-15, IR-8 aj.) 4.2. Aktivní smyčky typu BLANKA (dtto) 4.3. Metodiky aktivní manipulace 4.4. Metodiky měření a vyhodnocování 4.5. Modelové blankety typu BLAŽKA

5. MODELOVÉ BLANKETY (JADERNÁ ZAŘÍZENÍ) 5.1. Přípravné a projektové práce 5.2. Realizační aktivity, technologické a stavební adaptace 5.3. Realizace modelového blanketu podkritického typu LA-0 (v obj.212, hnací zóna LR-0) 5.4. Realizace modelového blanketu kritického typu LA-1 (v obj.212, m.135,136) 5.5. Metodiky, vyhodnocování modelových blanketů

6. DEMONSTRAČNÍ TRANSMUTOR (návrh realizace jako mezinárodní demo projekt) (JADERNÉ ZAŘÍZENÍ) 6.1. Koncepční, přípravné a projektové práce 9

6.2. Realizační aktivity, technologické a stavební nástavby a adaptace, zajištění energií 6.3. Realizace demo transmutoru typu LA-10 (LA-X v obj.212, m.135,136 + nástavby) 6.4. Otázky podílu transmutace a výroby energie 6.5. Metodiky, vyhodnocování jednotlivých fází prací.

7. ŠIRŠÍ SOUVISLOSTI PROCESU TRANSMUTACE 7.1. Přeměna vstupních vyhořelých paliv na MS - front -end (5, 6FP - pyrochemie, elektrochemie) 7.2. Role vlastního transmutoru 7.3. Zpracování odpadových paliv, recyklace, zpracování akt. odpadů, uložení - backend. 7.4. Mezinárodní spolupráce

8. PRŮVODNÍ AKTIVITY A VÝZKUMY 8.1 Smlouva o nešíření, fyzická ochrana jaderných materiálů 8.2. Jaderná bezpečnost, dokumentace 8.3. Výzkum materiálů (konstrukční materiály, tavené soli MS, grafit a j). 8.4. Vývoj komponentů (izolace, armatury, čerpadla, měřící čidla atd.) 8.5. Transmutace jako součást jaderných programů vč. výhledů 8.6. Ekonomie (investiční a provozní náklady, financování), ekonomické otázky transmutace

10

2

Prováděcí projekt a zhotovení experimentálního modulu

2.1

Dokumentace pro zhotovení resp. inovaci experimentálního modulu

Zhotovení experimentálního modulu předcházela řada prací, zdokumentovány ve vydaných technických zprávách a materiálech.

které

byly

Práce probíhaly zhruba v následujícím pořádku: (a)

byla vypracována koncepce a ujasněny souvislosti s dalšími činnostmi v rámci programu SPHINX a BLANKA viz lit [1],[2], [3], [4],[5], [9]

(b)

totéž v rámci spolupráce s KI

(c)

domluvena spolupráce s 800, ustaven řešitelský tým (ing.Zmítko, ing. Masařík), organizována činnost koordinační komise lit.[8]

(d)

byl vypracován projekt sondy

lit.[18]

(e)

řešeny otázky volby materiálů

lit. [11]

(f)

vypracován plán jakosti

lit.[13], [20]

(g)

provedeny neutronické a teplotechnické výpočty

lit.[10]. [17]

(h)

vypracována dokumentace vlivu sondy na jad. Bezpečnost

lit.[12], [14]

(i)

dořešeno umístění sondy u reaktoru, plynovéhospodářství, řízení experimentu lit.[15]

(j)

řešeny poradiační manipulace a doprava

(k)

řešeny způsoby meziskladování sondy a RAO

(l)

řešen způsob odběru vzorků a jejich vyhodnocování

(m) vypracována a trvale doplňována výrobní dokumentace

lit.[6]

lit.[23] lit.[25] lit.[16]

(n)

zajištěn materiál a organizována výroba sondy A,B vč. kontrol a zkoušek lit.[20],[26]

(o)

zajištěn materiál a příprava vzorků k ozáření

(p)

montáž sond A, B vč. Testů

lit.[20],[26]

(q)

instalace sondy A na VR-1, měření

lit.[21], [7]

(r)

instalace sondy B na LVR-15

(s)

proveden experiment č. 1/2002

(t)

provedeno vyhodnocení experimentu č.1/2002

lit.[19]

(u)

provedeno vyhodnocení experimentu č.2/2002

lit.[30]

lit.[20]

lit.[20], [22], [27] lit.[19], [23]

Seznam dokumentace viz kap.5. 11

2.2

Vývoj technologie modulu

POROVNÁNÍ HLAVNÍCH PROJEKTOVÝCH A PROVOZNÍCH PARAMETRŮ SONDY Experiment 1/2002

Vytěsnitel

Obalová trubka

Stínění

Ampule

Náplň ampule horní kelímek dolní kelímek

∅100 x 950 424415 (hliník), nosná trubka L=3910 TR60x3 424415 hlavice 424415 ∅120x110 rozměrově odpovídá palivovému článku celková délka cca 5000 mm TR 48.3x2, 17248 L=4700 nahoře zakončená mezipřírubou celková délka L=960mm z toho nerez 17246 660mm karbid C4B 300mm

2/2002

použít znovu

-"-

-"-

TR 22x1.5, 17248 L=235 hlava ∅45x35 se sondou pro vnitřní termočlánek T1 zdola šroubovací zátka s grafitovým těsněním kompletní délka s ventilem VPK 442 mm

rozměry tytéž

ampule zavařena pod argonem otevírání řezacím kolečkem

d.108, ∅18, otvor ∅6mm Prázdný d.108, ∅18, otvor ∅6mm prázdný

d.108, ∅18, otvor ∅7mm NaF d.108, ∅18, otvor ∅7mm NaF + Mo

Poznámka: Užitečná výška experimentálního prostoru schránky je asi 220 mm, vnitřní průměr 19 mm, obsah= asi 60 cm3. Inertní atmosféru ozařovací ampule tvoří argon nebo vakuum. Objem expanzního prostoru cca 10 cm3.

2.3

Program zabezpečování jakosti

Pilotní aktivní reaktorová netopená sonda BLANKA 02 je prototypové nestandardní experimentální zařízení, které se dočasně vkládá do aktivní zóny experimentálního reaktoru LVR-15 (posice H6) za účelem studia otázek chování materiálu a zařízení v 12

prostředí modelujícím blanket transmutoru (v poli neutronového záření při pracovních teplotách a tlacích), jakož i studia výzkumných metodik. Program zabezpečování jakosti pro BLANKA 02 – experiment č.2/2002 je v tab.2-01. Výčet položek důležitých z hlediska PZJ: Zařízení :

Sonda BLANKA 02 – provedení 2/2002

Jaderné zařízení:

Výzkumný reaktor LVR-15

Vztah sondy vůči LVR-15:

Dočasné umístění po dobu experimentu

Sonda BLANKA 02 je vybrané zařízení, bezpečnostní třída 3 (vyhl.č.214/97Sb, příloha.) Vazby organizací: Koordinace projektu:

SPHINX – ÚJV Řež a.s., ing. Hron

Řídící organizace:

ÚJV Řež a.s., divize 800, odd. 802 projektu BLANKA 02

Projekt:

AureA, Praha 6

Výroba a montáže:

ÚJV Řež a.s. – odd 805.

Zkoušky:

ŠKODA JS, Orlík, ÚJV Řež a.s.odd.805

Vnitroreaktorová měření:

ÚJV.Řež a.s.- odd.803, Instalace na LVR-15,

Ozařování:

ÚJV Řež a.s. – odd.801

Vztah vůči SÚJB:

povinnost oznamovací

Způsob zabezpečení: Ve smyslu Vyhl. č.214/97Sb, §32. byl pro sondu BLANKA 02 zpracován Plán jakosti – lit.[13]., který tento program zabezpečení jakosti zabezpečuje.

13

Tab.2-01 PROGRAM ZABEZPEČOVÁNÍ JAKOSTI PROCESY a ČINNOSTI - Podle dokumentace Vypracoval

Kontroloval

Schválil

1.Procesy přípravné, zpracování dokumentace 1.1.Projekt sondy (AUREA-odborná způsobilost) podpis, datum

Jílek 8/01

Chochlovský 8/01

Hron 8/01

Ryant

Vorel

2. Procesy výrobní –výroba, zkoušky 2.1. Výrobní dokumentace,

Kysela Zmítko

2.2. Vnější část sondy opětné použití z exp.1/2002 protokol o převzetí

-"- atd.

2.3. Vnitřní část – ampule + přísl. Výroba, v.č.1220.1.7. rev.2 (kvalilfikace svářeče) 2.4. Příprava vzorků, plán výzkumu (odb.způsobilost)

Vorel

Peka 25.2.02

2.5. Příprava fólií (odb.způsobilost) 2.6. Montáž ampule, v.č.1220.1.7. rev.2 (kvalifikace svařeče) 2.7. Zkoušky těsnosti ampule (zvl.způsobilost), PK 15.14

2.8. Montáž sondy, v.č. 1220.1.1. rev.2 (odb.způsobilost) 3. Procesy provozní - provedení experimentu 3.1. Instalace sondy do posice H6 (odb.způs.), instrukce o umístění(Mas)

Hron 25.3.02

Erben

Vorel

ŠKODA 28.3.02

Vorel 28.3.02

Vorel

Brož

Masařík

Brož

Sus

Brož

3.4. Vyjmutí sondy z posice H6 instrukce

Masařík

Brož

3.5. Vyhodnocení experimentu

Mikisek

Hron

3.3. Odběr plynů, pracovní postup (Sus) (odb.způs.)

14

Chochlovský 25.3.02

Masařík

3.2. Experiment č.2/2002 -ozařování, předpokl. průběh (Ch) (odb.způs.), pokyny pro provedení (Mas)

Uvolnil

2.4

Vliv sondy na jadernou bezpečnost LVR-15

2.4.1 Atomový zákon S hlediska zákona .č. 18/97 Sb. sonda: -

je ve smyslu § 2,c zdrojem ionizujícího záření – zařízením které se stává zářičem, při jehož provozu vznikají radionuklidy a ionizující záření vyšší než 5keV, a vznikají RAO.

-

není jaderné zařízení - dočasně se stává součástí jaderného zařízení ve smyslu §2,h– reaktoru LVR-15, jehož jaderná bezpečnost je řešena v bezpečnostní dokumentaci (bezpečnostní zprávy, LaP (vydání 2, revize 0) aj.)

-

ve smyslu §2j neobsahuje pro prvou fázi prací (experimenty 1/2002, 2/2002 a 3/2002) jaderné materiály.

2.4.2 Koncepce sondy BLANKA 02 Ve smyslu dohod s KI byly převzaty zásady ozařovací sondy BLANKA 02 podle KI (lit.[6]). Podle lit.[6] se sonda KI umisťuje do AZ nebo periferie AZ reaktoru IR-8 přímo do paliva IRT-3M ze kterého byly vyjmuty 2 vnitřní trubky. Sonda má vnější průměr ∅32 nebo 35 mm, sestává ze dvou bariérových nerezových trubek a vnitřní ampule ∅23, délka 300mm. Sonda BLANKA 02 je na rozdíl od předchozí umístěna do reaktorové buňky (z paliva IRT-2M nelze vyjímat vnitřní trubky). Tím se změnil jak charakter sondy, tak i její rozměry a pracovní podmínky. Zůstal prozatím pouze přibližně stejný průměr experimentální ampule ∅22 mm, délka zkrácena z důvodu poradiační dopravy na 250 mm. 2.4.3 Zásady řešení sondy s hlediska možného vlivu na jadernou bezpečnost reaktoru S hlediska možného vlivu sondy BLANKA 02 na bezpečnost hostitelského reaktoru LVR-15 mohou mít dopad tyto aspekty: (a)

Sonda BLANKA 02 předpokládá jako experimentální náplně tavené fluoridové sole (molten salts = MS), příp. MS + štěpné materiály. To vnáší oproti dnešním vodním zařízením na LVR-15 novou kvalitu.

(b)

Mezi vodu bazénu LVR-15 a experimentální náplní MS sondy se vkládají 2 oddělovací bariéry (trubka vytěsnitele, obalová trubka) + stěna experimentální ampule. Prostory mezi bariérami a ampulí zaplňuje inertní atmosféra pod pracovním tlakem převyšujícím hydrostatický tlak okolní vody reaktorového bazénu.

15

(c)

Pracovní teploty budoucího blanketu transmutoru počítají s pracovními teplotami 550 až 700°C a malými tlaky. Směřujeme proto k tomu, aby byly teploty a tlaky experimentální náplně sondy přibližně v tomto rozmezí.

(d)

Protože zatím jako materiál experimentální ampule je k dispozici jen ocel 17248, kde pracovní teploty jsou na hranici její použitelnosti, jsou experimentální náplně tavených solí odděleny od materiálu vlastní ampule navíc grafitovým kelímkem. Pro program transmutoru se vyvíjejí speciální niklové slitiny (MoNiCr, Hastelloy N) pro práce při uvedených podmínkách. Předpokládáme, že budoucí ampule budou již z takového materiálu (rok 2003 a další).

2.4.4 Použité materiály Blanket transmutoru má jako hlavní konstrukční materiály: -

tavené fluoridové soli

-

grafit

-

niklové konstrukční slitiny

a pracuje pod ochrannou inertní atmosférou (argon, helium). V sondě BLANKA 02 se tyto materiály používají rovněž. Změny jejich vlastností a interakce mezi nimi za daných podmínek (teploty a tlaky, neutronové záření) jsou mezi hlavními cíly prováděných experimentů. V sondě BLANKA 02 použité materiály: Tavené fluoridové sole

-

Hi-Chem Praha, čistota pro analýzy, speciálně upravené pro experimenty

Grafit

-

Morgan, VB, nukleární čistoty

Konstrukční materiál

-

ocel 17248 – viz předchozí poznámka.

Plyny (He, Ar)

-

komerční dodávka Linde-Technoplyn.

2.4.5 Výpočty pracovních podmínek sondy BLANKA 02 v AZ LVR-15 Sonda BLANKA 02 nemá elektrické topení experimentální části. Vzhledem k žádané vysoké pracovní teplotě sondy (bod 2.4.2.) bylo velmi žádoucí předběžně zjistit její ohřev od gama-záření. Pro prvé odhady byla použita data z literatury, např. pro IR-8 – v AZ 3 W/g (lit.[6]) 16

prvá řada reflektoru 1 W/g

-

druhá řada reflektoru 0,1 W/g.

Množina trubek a mezer mezi nimi tvoří s hlediska generace tepla z gama ohřevu složitou soustavu a byly provedeny teplotechnické výpočty (lit.[10],[17]). Pro shodu výpočtů s citovanou literaturou byl jako pracovní podklad zvolen koeficient 0,5 a jako první cíle experimentů stanoveno tepelné mapování buňky H6 při postupném zvyšování výkonu reaktoru. Výsledky jsou v lit.[19] Výběr z výsledků

teplota T1 –střed grafitu vypočtena (koef.0,5) při 9 MWt Změřená

965oC 767oC

měřená hodnota = 80% vypočtené. 2.4.6 Interakce NaF s vodou (experiment 1/2002, 2/2002) Rozpustnost NaF ve vodě je 23 g/litr. NaF v přítomnosti vody je velice stálý, nehydrolyzuje. Teprve při teplotě 550oC v přítomnosti vodní páry začíná hydrolýza, a to ještě v přítomnosti katalyzátoru (např. U3O8). V důsledku hydrolýzy se uvolňuje HF a Na2O, který přechází na hydroxid, a je schopen přítomný HF zpětně rekombinovat na NaF. Závěr: Za normálních podmínek do bodu varu vody se v žádném případě nemůže uvolňovat při interakci kyselina fluorovodíková. 2.4.7 ODHAD MOŽNÝCH HAVARIJNÍCH STAVÚ SONDY BLANKA 02 V LVR-15 (Experimenty bez jaderných - štěpných materiálů) Výchozí podmínky Při odhadu možných neprovozních resp. havarijních stavů sondy BLANKA 02 v LVR15 bereme v úvahu tyto okolnosti: (a)

Provoz reaktoru během pokusu probíhá v rámci jeho schválených limitů a podmínek.

(b)

Sonda BLANKA 02 pracuje v rámci projektových limitů posice H6 teploty kovu ampule do 800oC, obalové trubky do 700oC tlaky plynů v prostoru 1, 2 a v ampuli max. 200 kPa přetlaku (zajišťují pojistné ventily). Měřící systémy pracují podle projektu.

(c)

Náplň sondy v experimentech neobsahuje štěpný materiál.

17

Mohou nastat tyto případy: 1. Závady při manipulacích s neozářenými materiály které probíhají podle projektu (lit.[18]) a plánu jakosti (lit.[13]). Žádné havarijní situace nemohou nastat. 2.

Závady při manipulacích s ozářenými (aktivovanými nikoliv štěpnými produkty) materiály, probíhající rovněž podle projektu a plánu jakosti: a) při manipulacích s vlastní konstrukcí sondy (aktivované konstrukční materiály zvl. příměsí Co60) ve vodním stínění nebo při transportu v kontejneru. b) při manipulacích s ampulí – jejím otevírání v HK 3 c) při manipulacích se vzorky – jejich převozu do PHK 8 (obj.250) a jejich proměřování Jak vyplývá z popisu, takové nastalé případy nelze považovat za havarijní stavy, nanejvýš za provozní nehody, které při kvalifikované obsluze a trvalém měření radiace v okolí nemohou mít žádné následky.

3.

Selhání čidel měření sondy v aktivní zóně Případy, kdy selže měření teplot (čidla T1 až T6) uvnitř AZ nebo zapracují pojistné ventily na plynových okruzích nelze považovat za havarijní stav. Takový případ (zda odstavit reaktor nebo ne) bude řešit provozní předpis reaktoru.

4.

Možný havarijní stav – netěsnost sondy Za možný havarijní případ sondy považujeme případ netěsnosti vnější bariéry, kdy dovnitř vnikne voda bazénu o teplotě cca 45oC (výchozí teplotechnická situace viz lit.[10]), za předpokladu, že tlak plynu v prostoru 2 bude pokusně snížen pod okolní hydrostatický tlak a jev bude probíhat asi takto: a) Voda vnikne malým otvorem v hliníkové trubce vytěsnitele, (jehož normální teplota je přibližně rovná teplotě okolní vody) do prostoru 2, kde teplota plynu a teplota obalové trubky je do 300oC. b) Vniklá voda se částečně odpaří, vzniklá pára vytvoří dočasně přetlak odhadem 2x vyšší než pracovní tj. P3 = 400kPa), tlak zastaví vnikání vody dovnitř. Vypne pojistný ventil na okruhu plynu prostoru 2. Dále jako při selhání čidel. Postupně bude přetlak klesat a klesat i teplota prostoru 2 a obalové trubky. Voda zaplaví prostor 2 a postupně bude vnitřek sondy ochlazovat. c) Při popisovaném jevu krátkodobě stoupne tlak a teplota uvnitř sondy v obalové trubce a ampuli. Poznámka: Pracovně můžeme pro srovnání použít výsledky obdobných výpočtů projektu AMPULA (lit.[6] str.25), kde pro případ vniknutí vody do obou prostorů vypočetli zvýšení teploty povrchu ampule parou z 973 K na 1518 K tj. 1.56x. Závěr: Při hypotetické havárii vniknutím vody do prostoru 2 dojde ke krátkodobém zvýšení tlaků a teplot v sondě, které nepovede k destrukci její

18

konstrukce. Jev nebude mít vliv na reaktor LVR-15 (kromě event. odstavení). Nedojde k ohrožení okolí únikem radioaktivních látek. 5.

Možnost interakce exp. náplně s vodou Mezi vodou bazénu a náplní NaF jsou celkem 3 kovové bariéry a nejméně 2 konstrukční mezery naplněné inertním plynem s tlakem převyšujícím hydrostatický tlak okolní vody teplé asi 45oC. Za těchto podmínek považujeme možnost interakce vody ohřáté nad bod varu s náplní NaF za pravděpodobnou v zanedbatelné míře.

2.5

Příprava vzorků a taveniny

2.5.1 Výchozí podmínky Dne 15.3.2002 a 18.3.2002 byla provedena příprava vzorků pro experiment 2/2002. Provedl ing. Peka, přítomni ing. Hron, ing. Mikisek a ing. Chochlovský. Komplex byl připraven v peci CLASSIC za přítomnosti okolní atmosféry. Připravené vzorky expedovány do ÚJV (ing.Chochlovský) v plastikových sáčcích bez ochranné atmosféry. 2.5.2 Horní kelímek č.1 (a)

Grafitový kelímek - Výroba kelímku podle výrobní dokumentace, zajistil ing. Peka. Rozměry: vnější průměr 18mm, délka 108 mm, dno 8mm, stěny 5.5 – 7 – 5.5 mm, větrací zářez. Hmotnost grafitu: 40 g.

(b)

Náplň NaF – NaF ve formě litého roubíku získaného po roztavení práškového NaF v platinové misce při teplotě 1150oC.

Příprava obdobná jako u kelímku č.2, viz níže. Získaný roubík NaF je kompaktní, průhledný a lze usuzovat, že jeho hustota odpovídá hustotě monokrystalů. Rozměry NaF roubíku . délka 62 mm, ∅ 7mm (před smrštěním), hmotnost 5.3g. 2.5.3 Dolní kelímek č.2 (a)

Grafitový kelímek – totéž co v 2.5.2. a)

(b)

Náplň : NaF + Mo

Komplex byl připraven v peci za přítomnosti okolní atmosféry. Reakce přítomného Mo proběhla pravděpodobně na Na2([Mo O3F2]. Kovový molybden (černý prášek) nebyl v tavenině pozorován.

19

Příprava byla uskutečněna homogenizací práškového NaF + Mo v množství 10gNaF + 0.1g Mo, teplota reakce a tavení probíhala při teplotě 1150oC. Byla získána průzračná tavenina, která byla nalita do grafitové pomocné kyvety pro přípravu roubíků. Ztuhlé roubíky byly vloženy do grafitového kelímku č.2, určeného pro ozařování v reaktoru. Rozměry NaF+Mo roubíku . délka 73 mm, ∅ 7mm (před smrštěním), celková hmotnost náplně 6.4g, přítomno 57.3 mg Mo. 2.5.4 Vložení kelímků do ampule -

Do ampule vložit vždy 2 zaplněné kelímky, ampuli uzavřít šroubovým uzávěrem ve dně a zaplnit argonem (přetlak 0.7atm, 0.07MPa).

-

Do volného prostoru ve spodním kelímku nad NaF-em vložit měřící fólii nebo vložený experiment

2.5.5 Vložení ampule do přepravní bedny -

Soubor (ampuli) vložit do přepravní bedny.

-

Přepravní bednu odeslat do ÚJV.

2.5.6 Výroba PE transportních pouzder s uzavíracím víčkem. Jako ochranný obal pro přepravu kelímku (rozměr: průměr 18mm, délka 108 mm) po ozáření v inertní atmosféře do z HK 3 do PHK8, min.4 ks. 2.5.7 Charakteristika použitých materiálů a plynů. Grafit Kompaktní grafit je nukleární čistoty v současné době používaný pro výrobu velmi čistých kovů. Byl získán zVýzkumného ústavu kovů, Panenské Břežany. Dodavatel: Morgan, Velká Britanie. Radiační odolnost grafitu: deformace od dávek neutronů nad 50 keV vyšších než 1022 n/cm2 Fluorid sodný použitý fluorid sodný NaF byl čistoty pro analýzy. Dodavatel: HiChem, PrahaBěchovice Molybden Použit molybden čistý, práškový, kovový LACHEMA Brno Argon Parametry dodávaných plynů fy LINDE-TECHNOPLYN. Hodnoty pro průmyslově dodávaný argon:

20

argon 4.6 čistota v obj.% 99.998 příměsi ppm v plynné fázi kyslík max. 3 dusík max.10 voda max. 5 CaHm max. 0.5 cena láhev 50 litrů Kč bez DPH 2140

spektro

5.0

6.3

5.6

6.0

99.998

99.999

99.9993

99.9998

99.9999

3 10 5 0.5

2 5 3 0.2

1 3 2 0.1

0.7 1 1 0.1

0.3 0.5 0.5 0.1

4963

16988

20500

26000

10/00-zdroj t.7210-0111 - odbyt, - 0228 ing. Horák. LINDE/Technoplyn.

2.6

Mechanické zkoušky sondy a testy před vložením do reaktoru

Po fázi výroby sondy a montáže a po provedení výrobních zkoušek a kontrol (např. kontrole svarů) před instalací do reaktoru LVR-15 ve smyslu čl. 3.7. projektové dokumentace je nutno provést řadu komplexních a ověřovacích zkoušek celé sondy (v konečné délce asi 5000 mm + hlava ) modelujících hlavní poradiační operace (na vhodném místě, např. v dílnách), a to (a)

Před smontováním sondy provést zkoušky těsnosti ampule při 20 a 650oC

(b)

Po částečném smontování sondy provést modelovou zkoušku otevření (rozebrání) hlavy a vyjmutí vnitřních částí tj.ampule + přívodní potrubí s ventilem

(c)

Po úplném smontování sondy zkoušky těsnosti obalové trubky a vytěsnitele zkoušku funkce termočlánků – zkoušku správného dotyku termočlánků TČ1 – s náplní NaF TČ 2,3,4, - s povrchem ampule TČ 5,6 – s povrchem obalové trubky. Zkoušku provést např. vnějším zdrojem tepla (horký plyn).

(d)

Ukončit modelové zkoušky záznamem.

3

Komplexní program experimentálního ověření

3.1

Experimenty s instrumentovanou sondou BLANKA 02

(Experimenty 1/2002 a 2/2002) 3.1.1 Zadání a realizace experimentů. Hlavním účelem pilotního experimentu BLANKA 02 - č.1/2002 bylo: 21

-

ověření celkové koncepce a projektu sondy, ověření technologie její výroby a montáže,

-

ověření její instalace do posice H6 reaktoru LVR-15 a chování v neutronovém poli až do výkonu reaktoru 9 MWt.vč sběru a vyhodnocení dat,

-

vyzkoušení způsobů poradiační manipulace, demontáže a dopravy ozářených materiálů,

-

ověření metodik a uskutečnění analýz ozářených plynů a materiálů.

V tomto smyslu bylo zadání provedení dílčích experimentů A, B a C k ověření vypočtených neutronických a teplotechnických výpočtů a skutečných limitních teplotních zatížení. Vlastní modelový pilotní experiment 1/2002 se konal 4. a 5. února roku 2002. Předtím během roku 2001 byl experiment připravován koncepčně a technicky, byly provedeny výpočty, koncem roku byla zpracována výrobní dokumentace a poté byly součásti experimentu vyrobeny a odzkoušeny. Poté, co byl experiment připraven a nainstalován do reaktoru, bylo provedeno vlastní ozáření sondy v reaktoru a provedeny předepsané testy, které měly za cíl hlavně ověřit výsledky výpočtů, především teplotechnických a ověřit pracovní a manipulační postupy. Kolektiv řešitelů rozhodl při tomto prvním experimentu uvnitř kelímků v ampuli použít pouze grafit. Experimentální sonda byla umístěna do reaktorové pozice H6, trvání experimentu bylo stanoveno na 24 hodin. Cílem experimentu bylo rovněž ověření plánovaných poradiačních manipulací. Experiment 1/2002 posloužil k vychytání všech menších nedostatků a k naladění postupů měření a manipulací se sondou. Detailní průběh experimentu 1/2002 viz [19]. Druhý experiment se sondou BLANKA, tj. experiment 2/2002, byl proveden 16.17.4.2002. Sonda tentokrát obsahovala 2 vzorky fluoridových solí – jeden s čistým NaF a druhý s NaF do kterého bylo přidáno malé množství molybdenu (modelový štěpný produkt). Popis průběhu experimentu a výsledky všech měření jsou obsaženy v následující kapitole této zprávy. Hlavním účelem experimentu BLANKA 02 - č.2/2002 bylo podobně jako v pilotním experimentu č.1/2002

22

-

zdokonalení celkové koncepce a projektu sondy, zdokonalení technologie její výroby a montáže (oproti experimentu č.1/2002)

-

opětovné ověření instalace do posice H6 reaktoru LVR-15 a chování v neutronovém poli až do výkonu reaktoru 9 MWt.vč sběru a vyhodnocení dat,

-

vyzkoušení a zdokonalení způsobů poradiační manipulace, demontáže a dopravy ozářených materiálů,

-

opětovné ověření metodik a uskutečnění analýz ozářených plynů a materiálů.

V tomto smyslu bylo zadání provedení dílčích experimentů A, B a C k ověření vypočtených neutronických a teplotechnických výpočtů a skutečných limitních teplotních zatížení (stejně jako při experimentu 1/2002). Cílem experimentu 2/2002 bylo rovněž ověření inovovaných poradiačních manipulací. Experiment 2/2002 následoval po experimentu 1/2002 a byl co se týče fyzikálních podmínek koncipován velmi podobně jako exp.1/2002. Náplň fluoridových solí ve druhém experimentu pak oproti prvnímu přineslo nové poznatky zejména při provádění spektrometrických analýz. 3.1.2 Vyhodnocení Experimentu 2/2002 (a jeho srovnání s experimentem.1/2002) Vzhledem k faktu, že vyhodnocení experimentu č.1/2002 sloužilo především k odzkoušení manipulací a metodik a dále k potvrzení, že nedojde k nežádoucím jevům jako např. překročení stanovených limitů apod. je v této kapitole obsažen hlavně popis a vyhodnocení experimentu 2/2002, který se již odehrával s fluoridovými náplněmi, a který nám již poskytl první důležitou informaci o vzájemné interakci zainteresovaných materiálů, jež budou součástí vyvíjeného transmutačního systému. Podrobný popis experimentu 1/2002 viz [19],[29]. Detailní zpráva o experimentu 2/2002 viz [30]. Použité materiály - náplně (a)

Grafit Použitý grafit, stejně jako v pilotním experimentu, je nukleární čistoty v současné době používaný pro výrobu velmi čistých kovů. Byl získán z Výzkumného ústavu kovů, Panenské Břežany. Dodavatel: Morganit, Velká Britanie. Z tohoto byly vyrobeny - horní a dolní kelímek. Oba kelímky v experimentu č.2/2002 již obsahovaly náplň fluoridových solí, jež byly pod inertní argonovou atmosférou.

(b)

Argon Použit byl argon čistoty 4.6 fy LINDE-TECHNOPLYN.

(c)

Fluoridové sole V obou grafitových kelímcích byly obsaženy fluoridové soli technické čistoty. V horním kelímku byl pouze NaF o hmotnosti 5.3g. Dolní kelímek obsahoval 6.4g NaF-u s příměsí 57.3mg molybdenu (tím byl ve vzorku obsažen modelový štěpný produkt). Použitý NaF měl hustotu ρ=2.79g/cm3, jehož teplota tání činí asi 990°C.

Příprava experimentu Pod vlivem zkušeností s experimentem 1/2002 byly v konstrukci sondy provedeny některé inovace: 23

-

Dno ampule původně šroubovací s těsněním bylo po naplnění ampule grafitovými kelímky se vzorky přivařeno. Důvodem je nutnost zajištění těsnosti i při velkém rozpětí teplot.

-

Ventil přívodu argonu do ampule V11 byl přesunut co nejblíže horní přírubě ampule.Důvodem je po zkušenostech s vysokou radiační zátěží obsluhy při odběru poradiačního plynového vzorku na podlaze reaktorového sálu nad otvorem do horké komory rozhodnutí tento vzorek odebrat uvnitř horké komory.

-

V horním kelímku uvnitř ampule je oproti minulému experimentu umístěn NaF. V dolním kelímku pak je NaF a Mo.

-

Z výše zmíněných inovací vyplynula nutnost horkou komoru vybavit přípravkem, ve kterém lze manipulovat s ventilem V11, demontovat šroubení nad tímto ventilem, umístit zařízení k odběru plynového vzorku, toto zařízení přišroubovat k ampuli a odebrat z ní plynový vzorek, poté odběrové zařízení od ampule opět odšroubovat, dno ampule odříznout, vysypat z ampule grafitové kelímky se vzorky, vložit je do polypropylenových pouzder naplněných argonem a připravit je k expedici. Všechny tyto činnosti se podařilo zabezpečit návrhem a výrobou víceúčelového přípravku.

-

K odebrání plynového provozního vzorku bylo odběrové zařízení uzpůsobeno tak, aby do okolí nemohly proniknout plyny ze sondy.

Z experimentu 1/2002 byla znovu použita vnější hliníková trubka sondy s horní přírubou, střední nerezová dole uzavřená trubka s mezipřírubou a stínící zátka. To vše bylo v mezidobí umístěno v parkovací poloze uvnitř reaktoru. Přívodní plynové trubky k sondě, panel ovládání plynových okruhů s armaturami a snímači tlaku, tlaková stanice plynů s redukčními ventily a přívodním potrubím a systém měření a vizualizace zůstaly rovněž zachovány z minulého experimentu. Nová je ampule s grafitovými kelímky a vzorky, termočlánky, ventil V11 se šroubeními a nerezovými trubičkami až k horní přírubě sondy. Před vlastním experimentem byly všechny části sondy a příslušenství a všechny pracovní postupy odzkoušeny a prověřeny. Týkalo se to zejména poradiačních operací, takže spolehlivě bylo odzkoušeno odstřihování nerezových trubiček ∅6 mm prázdných i s pěti termočlánky uvnitř nůžkami na plech s prodlouženými rukojeťmi, což je potřeba k odstřižení ampule nad otvorem do horké komory. Byla mnohokrát prověřena funkce víceúčelového přípravku do horké komory nejprve v dílenských podmínkách a poté přímo v horké komoře z hlediska spolehlivého provedení všech požadovaných činností. Byly provedeny tlakové zkoušky na těsnost všech částí sondy a odzkoušeny funkce měření a vizualizace. Vlastní experiment byl zahájen teprve po úspěšném provedení všech zkoušek. Průběh ozařování -

24

Do jednotlivých prostor sondy byly plyny napuštěny způsobem zaručujícím, že plyn bude obsahovat co nejméně vzduchu. Byla vždy nejprve provedena vakuace

a poté napuštění plynu, což se opakovalo 5x. Bylo provedeno nastavení tlaků plynů v jednotlivých prostorech dle zadání. -

16.dubna v 11.20h bylo zahájeno najíždění reaktoru. Započala fáze experimentu, označená A. Spočívala ve zvyšování výkonu reaktoru po krocích vždy s prodlevou 30 až 60 minut k ustálení teplot. Fáze A měla skončit dosažením některého teplotního limitu nebo výkonu 9 MW.

-

Ve 12.00h bylo dosaženo výkonu 2.5 MW. Na ustálení hodnot se čekalo až do 13.07h, kdy teprve byly hodnoty veličin zapsány.

-

Další prodlevy se konaly při výkonu reaktoru 5 - 7.5 - 9 MW. Zapsané hodnoty jsou ve směnovém deníku a v paměti počítačového systému. Je třeba poznamenat, že tlaky jsou indikovány v absolutních hodnotách tlaku.

-

Fáze A skončila v 15.33h dosažením a zapsáním provozních hodnot při výkonu 9 MW. Teplotních limitů tedy dosaženo nebylo. Vydán pokyn ke snížení výkonu reaktoru na 5.4 MW.

-

Tím započala fáze B experimentu, spočívající ve vakuaci 2. prostoru po krocích při stálém výkonu reaktoru 5.4 MW. Kroky byly stanoveny na 150, 100, 50, 10 a 2 kPa. Dosažením nejhlubšího dosažitelného vakua nebo některé limitní teploty měl experiment končit. Rovněž zde se na ustálení teplot a tlaků čekalo nejméně 30 minut.

-

Nejhlubšího vakua bylo dosaženo v 19.40h, hodnoty byly zapsány ve 20.15h. Limitní teploty dosaženo nebylo. Tím fáze B končila.

-

Prostor 2 byl opět dotlakován heliem a započala fáze C. Spočívala v postupné vakuaci prostoru 1 opět při stálém výkonu reaktoru 5.4 MW.

-

Započalo se ve 22.15h a dosaženo nejhlubšího vakua bylo v 8.47h. Limitní teploty dosaženo nebylo. Tím fáze C skončila.

-

V 9.55h prostor 1 opět dotlakován heliem.

-

V 11.30h odebrán provozní plynový vzorek z ampule do vakuované odběrové nádobky. Tlak v ampuli přitom poklesl z původních 265.5 kPa na 59.6 kPa. Operaci kontroloval dozimetrista, který na povrchu odběrové nádobky poté naměřil 9 mR/h.

-

V 11.55h vydán pokyn k pomalému odstavení reaktoru. Ve 12.10h reaktor na nule. Tím ozařovací experiment skončil.

Je třeba poznamenat, že bazénová voda v reaktoru měla před experimentem teplotu asi 50°C. Při uvádění reaktoru na výkon teplota kolísala, hodnoty jsou zapsány v provozním deníku. Při fázi A při výkonu 5 MW byla 17.7°C a pak stoupala až na 46.2°C. Při fázi B a C měla kolem 33°C. Poradiační část experimentu -

Horká komora číslo 3 (HK3) byla připravena pro příjem ampule s příslušenstvím, to znamená vyklizení, dekontaminace, kontrola manipulátorů, světel, dopravníku atd. V HK3 jsou připraveny dvě polypropylenové schránky, misky, víceúčelový 25

přípravek k odřezání dolní zátky ampule, poradiační odběrové plynové zařízení a montážní klíče. Je připravena argonová láhev s příslušenstvím. -

Rozebrání víka reaktoru.

-

Odtlakování obou heliových prostor do ventilačního systému z důvodů bezpečnosti práce.

-

Odstřižení termočlánků nad hlavou sondy.

-

Uzavření ventilu V10 nad hlavou sondy. Demontáž tří nerezových trubek mezi hlavou sondy a okrajem vnitřní části reaktoru. Zbylá část systému plynového hospodářství zůstává připravena pro další experiment.

-

Povolení čtyř matic na hlavě sondy. Montáž závěsu sondy.

-

Najetí jeřábu nad pozici sondy a za dozimetrické kontroly vytažení vnitřní vestavby - horní příruba, stínící zátka, 2 trubičky a ampule. Střední a vnější trubka zůstanou v reaktoru.

-

Vzhledem k tomu, že dle výpočtu je aktivita ampule 1x1012 Bq, bylo rozhodnuto celou vnitřní vestavbu transportovat do HK3 vzduchem. Nad otvorem do HK3 byly instalovány vodící provazce, hala vyklizena a transport bez problémů proveden.

-

Manipulátorem v HK3 je uzavřen ventil V11.

-

Otvor do HK3 je co nejvíce odstíněn.

-

Do HK3 je spuštěn závěs, který je v HK3 připevněn na ampuli.

-

Z HK3 je vnitřní vestavba povytažena tak, že až těsně pod podlahou reaktorového sálu se objeví ventil V11 a šroubové spoje Parker na obou nerezových trubkách.

-

Těsně nad těmito šroubovými spoji jsou na podlaze sálu obě trubičky upravenými nůžkami přestřiženy.

-

Ampule je na závěsu spuštěna do HK3.

-

Nůžkami jsou přestřiženy ještě 2 m radioaktivních nerezových trubiček a spuštěny rovněž do HK3 jako radioaktivní odpad. Zbytek horní části vestavby sondy je vrácen zpět nad reaktor a spuštěn zpět do sondy v pozici H6. Sonda je smontována a po vytažení vnější dozimetrické tyčky z vytěsnitele je přesunuta do parkovací polohy.

-

Ampule je v HK3 usazena do přípravku a postupně se vykonávají tyto operace:

-

Demontáž šroubového spoje nad ventilem V11. Připojení vakuovaného odběrového zařízení k ventilu V11, otevření ventilu V11 a ventilu odběrového. Po ukončení odběru opět uzavření obou ventilů, odšroubování odběrového zařízení. Odřezání dna ampule, vysypání obou grafitových kelímků do misky. Vyjmutí plíšků vnitřní dozimetrie z dolního kelímku. Oba kelímky jsou bez prodlení přemístěny do polypropylenových schránek, jejichž víka jsou poté zašroubována a schránky ihned profukovány argonem. Malý přetlak argonu v nich poté zůstane. Tak jsou v HK obě schránky s grafitovými kelímky

-

26

uvnitř připraveny k transportu do objektu 250 k analýzám. Rovněž je zde připraveno odběrové zařízení s odebraným plynem k transportu tamtéž. Zkušenosti, závěry a doporučení -

Sonda byla perfektně dlouhodobě těsná, všechna měření tlaků a teplot bezchybně měřila, zobrazování a záznam dat byl bez chyby.

-

Při srovnávání výsledků měření s experimentem 1/2002 je třeba mít na paměti, že i když jsou výkon reaktoru a konfigurace zóny stejné, neutronový tok v daném místě stejný není. Podstatný vliv na tepelnou bilanci má i teplota vody v reaktoru.

-

Všechny inovace provedené po zkušenostech z experimentu 1/2002 se jednoznačně osvědčily.

-

Je k dispozici soubor naměřených dat. Vzhledem k zaseknutí se ukázalo, že vnější dozimetrická tyčka nevykazuje známky odpovídajícího ozáření, neboť zřejmě nebyla zasunuta do vytěsnitele úplně. Kontrola tohoto zasunutí nyní není spolehlivá, tyčka je lehká, nadnášená vodou a pravděpodobně uvnitř vodící trubky těsná. Pro příště je třeba měřící tyčku dotlačit do správné pozice. Všeobecné chování sondy během experimentu 2/2002 bylo bezchybné (stejně jako v případě experimentu 1/2002). Tím lze považovat projekt sondy, její výrobu, použité materiály, instalaci v LVR-15 a poradiační operace za dobře ověřené a velmi dobře použitelné pro další fáze programu BLANKA.

3.1.3 Teplotechnika Sonda BLANKA 02/B byla v pozici H6 reaktoru LVR-15, 16.-17.4.2002.Výsledné naměřené teploty se téměř shodovaly s experimentem č.1/2002. Jak vidno z tab.3-01 jsou rozdíly v naměřených hodnotách asi 15oC (T1) tj. v řádu asi 2% a průběhy teplot jsou souběžné. V celku tedy považujeme výsledky za shodné a jeden z účelů tohoto exprimentu kontrola a ověření výsledků experimentu č.1/2002 za provedený a splněný velmi dobře. Vyhodnocením výsledků obou experimentů č.1/2002 a 2/2002 můžeme stanovit základní teplotechnická data pro sondu BLANKA 02 pro výkon reaktoru 9 MWt -

max. pracovní teploty v experimentálním prostoru ampule 750 -770 oC

-

rozpětí ohřevu sondy napříč buňkou H6 se mění až ve velkém rozmezí

-

vliv helia v prostorech 1 a 2 na teplotechniku sondy je malý.

27

Tab.3-01: BLANKA 02 -Porovnání naměřených hodnot experimentů 1/2002 a 2/2002 (významné limitní hodnoty vyjmuté ze záznamu měření teplot:a tlaků). Experiment A 1/2002 Výkon reaktoru MWT 100% 9 Teplota oC Termočl. T1 (středový) 767 T2 (ampule-nahoře) 728 T3 (ampule střed) 743 T4 (ampule dole) 735 T5 (obal. trubka) 603 Tlak P3 (prostor2 ) KPa P4 (prostor 1) cca300 P5 (ampule)

2/2002

rozdíl

Po sjetí na na 60 (55)% výkonu 1/2002 2/2002 rozdíl

9

0

5.4

5.0

-0.4

752 721 723 727 568 246 246 277

-15 -7 -20 -8 -35

602 573 584 585 457 151 141 135

565 536 541 550 398 230 230 268

-37 -37 -43 -35 -59

Experiment B 1/2002 Výkon reaktoru MWT 60% 5.4 Teplota oC Termočl. T1 (středový) 648 T2 (ampule-nahoře) 620 T3 (ampule střed) 631 T4 (ampule dole) 631 T5 (obal. trubka) 522 Tlak P3 (prostor2-He ) 2 KPa P4 (prostor 1-He) cca 300 P5 (ampule-Ar) cca 300

2/2002

rozdíl

5.4 662 637 640 645 529 2,3 238 270

+14 +17 +9 +14 +7

Experiment C 1/2002 2/2002 5.4

5.4

634 585 599 592 473 cca 300 3 cca 300

628 588 588 592 266 230 2 266

rozdíl

-6 +3 -11 0 -207

3.1.4 Neutronická měření Podobně jako v experimentu č.01/2002 byl měřen fluenční příkon neutronů pomocí aktivačních detektorů umístěných blízko fluoridového vzorku uvnitř ampule. V tabulce 3-02 jsou pro srovnání uvedeny výsledky měření z obou experimentů (1/2002 a 2/2002). Monitory uložené u vzorku Fluenční příkon (cm-2 s-1) Poloha Y= 0 cm

28

Tab.3-02: Porovnání fluenčních příkonů u experimentů 1/2002 a 2/2002

0 - 0.2 eV

0.2 eV - 1 keV 1 keV - 10 keV

10 - 100 keV 0.1 - 20 MeV Total

Výpočet

7.23E+13

3.06E+13

7.99E+12

1.06E+13

4.60E+13

1.68E+14

Experiment 12.2.02

4.67E+13

3.01E+13

8.54E+12

1.10E+13

4.49E+13

1.41E+14

V/E

1.55

1.02

0.94

0.97

1.02

1.19

Experiment 22.4.02

3.94E+13

2.43E+13

6.73E+12

9.26E+12

3.86E+13

1.18E+14

V/E

1.84

1.26

1.19

1.14

1.19

1.42

29

Obr.3-01: Schema okruhů sondy BLANKA02

30

0

5

10

15

20

25

30

35

Výkon

.4

17

.2 0 0

21

:0 0

2 :0 3 :0 4 :0

25 26

40

.4

17

.2 0 0

27

02 02

21

LVR15_T010

.4

17

.2 0 0

20

.4 .

02 1

0 0 0

:0 0 :0 0 :0 0

8 :0 9 :0 0 :0 1 :0

12

LVRP_Tvst

2

.4 .

00 2

.

17

2

.4 .

00 2

13 14

45

Obr.3-02: Experiment 2/2002 – časový průběh výkonu LVR-15 a teplot vody

o

[ C]

.2 0 0

2

.4 .

00 2

4 .2 0

2

.4 .

00 2 00 2

21

50

.4

.2 0 0

2

.4 .

.

17

.4

.2 0 0

2

.4 . .4

17

.2 0 0

21

Provozní hodnoty při experim entu BLANKA_02-2

16 .4 . 20 0 21 16 .4 . 0 :0 2 0 0 02 16 11 .4 . :0 0 20 0 2 16 12 .4 . :0 0 20 0 2 16 13 .4 . :0 0 20 0 21 16 .4 . 4 :0 20 0 0 21 16 5 :0 .4 . 20 0 0 21 16 6 :0 .4 . 20 0 0 21 16 .4 . 7 :0 20 0 0 21 16 8 :0 .4 . 20 0 0 2 16 19 .4 . :0 0 20 0 2 16 20 .4 . :0 0 20 0 2 16 21 .4 . :0 0 20 0 22 16 .4 . 2 :0 20 0 0 22 17 3 :0 .4 0 20 :0 0 17

17 17 17

00 2

4 .2 0

17 17 17 17 17

.4

17

.2 0 0

0 0

0 0

:0 0 :0 0 :0 0

5 :0 6 :0

0 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

[MW]

31

32 [kPa]

0

50

100

150

200

250

0

300

0 :0

:0 0 :0 0

3 :0

14

21

0

:0 0

5 :0

16 17

0

:0 0 :0 0

8 :0

0

:0 0 :0 0 0

:0 0

BLANKA_P05

BLANKA_P04

BLANKA_P03

BLANKA_P02

0

BLANKA_P01

:0 0

2 :0 3 :0

0

:0 0

5 :0 6 :0

0 0

:0 0 0

:0 0

:0 0

1 :0

12

350

20

.4 .

02 1

11 12

02 1

00 2

20

.4 .

02 1

19 20

1 :0

22

23 :0 0 0 :0 0

00 2

21

00 2 00 2

24

00 2 00 2

27

8 :0

29 10

02 1

00 2

21

0

:0 0

3 :0

14 15

400

2

.4 .

00 2

20

.4 .

2

.4 .

00 2

2

.4 .

00 2

20

.4 .

02 2

02

2

2

.4.

2

.4.

2

00 2

.20 0

2

20

.4 .

2

.4 .

00 2 00 2

20

450

2

.4 .

00 2

2

.4 . .4

.2 0 0

2

.4 .

00 2

2

.4 .

00 2

2

.4 .

00 2

20

.4. .4

.20 0

2

.4. .4

.20 0

2

.4. .4

.20 0

.4. .4

.4 .

00 2

2

.4 . .4

.2 0 0

2

.4 . .4 .

Provozní hodnoty při experim entu BLANKA_02-2

Obr.3-03: Experiment 2/2002 – časový průběh tlaků plynů

16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 1

6 .4 . 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

17 17 17 17 17 17 17

02 1

0

:0 0 :0 0

6 :0

0

0

BLANKA_T05

100

50

BLANKA_T04

BLANKA_T03

BLANKA_T02

BLANKA_T01

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

Obr.3-04: Experiment 2/2002 – časový průběh teplot

o

[ C]

650

1:0 2:0

23 24

00 2

0 0

:0 0 :0 0

5:0

26 27

0

:0 0 :0 0

8:0

29

21

0

:0 0

0:0 1:0

12

21

700

02

.4

17

20

.4 .

02 1

0 0

:0 0

3:0 4:0

15

750

.20 0

2

.20 0

2

2

00 2

.20 0

20

.4 .

02 1

00 2

2

.4 .

00 2

800

.

4.2 0

.4.

.4

17

.4. .4

17

.20 0 .20 0

.4. .4

.4

.20 0

2

.4 . .4

.20 0

2

.4 .

16

Provozní hodnoty při experim entu BLANKA_02-2

16 .4 . 2 0 02 16 10 .4 . :0 0 20 0 21 16 .4 . 1:0 20 0 0 21 16 2:0 .4 . 2 0 0 02 16 13 .4 . :0 0 20 0 21 16 4:0 .4 . 20 0 0 21 16 5:0 .4 . 20 0 0 21 16 6:0 .4 . 20 0 0 2 16 17 .4 . :0 0 20 0 21 16 8:0 .4 . 20 0 0 2 16 19 .4 . :0 0 20 0 2 16 20 .4 . :0 0 20 0 22 16 1:0 .4 . 2 0 0 02 16 22 .4 . :0 0 20 0 22 17 3:0 .4 0 20 :0 0 17

17

00 2

.20 0

17

.4

17 17 17 17 17 17 17 17 17 17

00 2

0 0

:0 0 :0 0

33

34

0

200

400

600

800

1000

1200

0

NaF

0,005

C

0,01

Ocel

Ar

0,015 radius,m

He

0,02

0,025

Ocel

Radiální rozložení teploty v sondě BLANKA (vypočtené a změřené hodnoty)

Obr.3-05: Radiální rozložení teplot v sondě BLANKA02 pro Ar náplň uvnitř sondy

T,C

He

0,03

Al 0,035

ExpC

ExpB

ExpA

Teor.

Obr.3-06: Ampule pro exp. 1/2002 a 2/2002 35

Obr.3-07: Souhrnný pohled na (zleva resp.shora): nerezovou střední (obalovou) trubku, vnitřní nerezovou schránku (ampuli), vnější hliníkovou válcovou trubku a vnější hliníkové čtyřboké pouzdro sondy BLANKA02

36

Obr.3-08: Vnitřní součásti sondy BLANKA02

Obr.3-09: Demontáž ampule v horké komoře po experimentu 1/2002 37

Obr.3-10: Pohled do AZ LVR-15 se sondou BLANKA

Obr.3-11: Pohled na ovládací pult plynového hospodářství v reaktorové hale

38

Obr.3-12: Pohled na kontrolní display ve velíně reaktoru LVR-15, na kterém se zobrazují hodnoty teplot a tlaků v sondě a plynových okruzích 39

Obr.3-13: Detail ampule pro experiment č.02/2002

40

Obr.3-14: Nácvik demontáže (odřezání dna) ampule pomocí víceúčelového přípravku pro experiment 2/2002

Obr.3-15: Nácvik poradiačního odběru plynného vzorku pomocí víceúčelového přípravku pro experiment 2/2002 41

Obr.3-16: Pohled do velína reaktorových smyček na vyhodnocovací systém experimentu

Obr.3-17: Demontáž ampule v horké komoře zde již pomocí víceúčelového přípravku po experimentu 2/2002

42

3.2

Zkoušky a ozařovací experimenty na reaktoru VR-1

3.2.1 Úvodní část, zadání prací. Ozařovacím experimentům sondy BLANKA02 ve výzkumném reaktoru LVR-15 předcházely zkoušky a ozařovací experimenty sondy na školním reaktoru VR-1. Toto relativně náročné experimentální zařízení, určené pro komplexnější ověřovací a ozařovací experimenty ve výzkumných reaktorech, bylo v ÚJV Řež a.s. vyrobeno ve dvou provedeních. První, jednodušší, je určeno právě pro experimenty na reaktoru VR1, druhé, složitější a lépe vybavené, pak pro experimenty na reaktoru LVR-15. KJR FJFI zajišťovala pro založení zařízení (kanálu) BLANKA 02 do reaktoru VR-1 konstrukci a výrobu speciálního závěsu a dále i úpravu nosné části halového jeřábu pro lepší manipulace s celou sondou (je dlouhá téměř 5 m) i s jejími vnitřními částmi. V roce 2001 a začátkem roku 2002 se práce zaměřily na vypracování části prováděcího projektu experimentálního ověření charakteristik blanketu transmutoru BLANKA I. Konkrétně se pak uskutečnily zejména tyto práce, tvořící I.etapu experimentálních prací na reaktoru VR-1: -

Celkové posouzení a zhodnocení chování modelového kanálu transmutoru za podmínek blížících se provozním podmínkám

-

Ověření manipulací se zařízením BLANKA 02 na rektoru VR-1 (mimo reaktor a v manipulační nádobě H02 reaktoru VR-1)

-

Příprava technologického a experimentálního ověření zařízení BLANKA 02 na experimentálním reaktoru VR-1

-

Vypracování jaderně bezpečnostních analýz

-

Vložení sondy BLANKA 02 do jaderného reaktoru VR-1 pouze s neštěpnou náplní fluoridů

-

Ozařování sondy v různých pozicích a při různém výkonu

-

Proměření relativního rozložení hustoty toku tepelných neutronů v místech určených pro fluoridové roubíky

-

Vyhodnocení aktivních zkoušek na VR-1

-

Příprava programu pro další etapy zkoušek s výhledem experimentů s použitím fluoridů obsahujících štěpitelný materiál (uran).

Na základě analýz a dalších etap experimentů lze pak posléze postupně koncipovat dílčí příspěvek ke komplexnímu návrhu experimentálního programu. 3.2.2 Experimentální program měření se zařízením BLANKA 02 na reaktoru VR-1 Experimentální program pro I. etapu zkoušek zařízení na reaktoru VR-1 byl připraven a realizován v několika krocích: 43

-

V prvním se uskutečnily ověřovací manipulace se zařízením (jeho očištění, zavěšení na připravený závěs, vizuální kontrola, zavezení do suché reaktorové nádoby H02, ověření připraveného způsobu zakládání na nosná pravítka regulačního systému, těsnostní zkouška v napuštěné nádobě H02, ověření úchytů – zda zařízení neplave apod. a opětovná vizuální kontrola)

-

V druhém kroku se uskutečnilo založení zatím nenaplněného zařízení (rozumí se nenaplněných grafitových pouzder) do určené pozice v reflektoru aktivní zóny typu B1, a jeho ověření vlivu na reaktivitu (zvážení pomocí zkalibrovaných řídících tyčí reaktoru VR-1)

-

Další krok byl zaměřen na ověření připravených postupů pro stanovení hustoty toku neutronů uvnitř zařízení (v grafitových pouzdrech, případně i na povrchu „vlastní ampule“. Metodika vychází ze zkušeností získaných při měřeních s monikrovými ampulemi

-

Na základě získaných výsledků byl upřesněn program založení zařízení do okrajové a následně i středové části aktivní zóny typu B1 a provedení vlastních ověřovacích a ozařovacích experimentů. Pro tyto experimenty byly již v předstihu provedeny bezpečnostní rozbory. Z nich vyplynulo, že při dodržení připravených postupů nejde o experiment vyžadující provedení základního kritického experimentu (postupné přibližování ke kritickému stavu) ani nevyžadující jiné speciální opatření.

3.2.3 Průběh experimentálního ověření zařízení BLANKA02 na reaktoru VR-1 Dokumentace k zařízení BLANKA 02/2001 (dále jen BLANKA 02), nazvaná „Experimentální zařízení Blanka – podkladová zpráva pro zpracování bezpečnostní dokumentace a revize plánu zabezpečení jakosti“ byla dodána na pracoviště VR-1 v září 2001. Na základě této dokumentace zajistila KJR zhotovení speciálního závěsu, umožňujícího založení zařízení BLANKA 02 do reaktoru VR-1 tak, aby byla dodržena potřebná rozteč mříže AZ VR-1, tj. 71.5 mm. Závěs je vyroben z duralu a umožňuje zavěšení celého zařízení na nosný systém regulace reaktoru VR-1 resp. na otočné nosné pravítko (používá se v nádobě H02). Zařízení BLANKA 02 bylo přivezeno na KJR z ÚJV Řež a.s. a bylo KJR od ÚJV Řež a.s. převzato po otevření a kontrole transportního obalu dle dodané dokumentace. Majetkově patří zařízení ÚJV Řež a.s. a KJR bylo dlouhodobě zapůjčeno. Ve čtvrtek 27.12.2001 bylo zařízení očištěno, byla provedena jeho pečlivá vizuální kontrola, zaměřená především na sváry. Následovala zkouška upevnění závěsu, zavěšení zařízení na jeřáb a vložení zařízení do reaktorové nádoby H02 (manipulační nádoba) se zavěšením na pravítko. Vnitřní část zařízení (ampuli) se nepodařilo úplně vytáhnout, a to vzhledem k výškovým poměrům v hale 133 a možnostem jeřábu a kladky. Zařízení bylo opět uzavřeno.

44

2.1.2002 byla provedena opakovaná demontáž uzávěru, proměření výšek v hale a bylo rozhodnuto o výrobě speciálního návěsu na jeřáb haly, vybaveného kladkou v takové výši, aby bylo možné s vnitřními částmi zařízení BLANKA 02 pohodlně manipulovat. Návěsné zařízení bylo vyrobeno a nainstalováno 7.1.2002, kdy byly vnitřní části zařízení BLANKA 02 vytaženy a byla otevřena ampule s grafitovými kelímky a NaF. U této operace byl přítomen i Ing.M.Jílek, který doporučil, aby válečky z NaF byly v maximálně možné míře izolovány od vnějšího ovzduší. Následně proběhla kontrola pouzdra podle dokumentace (jeden váleček /roubík/ z NaF, dlouhý cca 20 mm, nešel z grafitového kelímku vyndat) a bylo rozhodnuto o založení celého zařízení do reaktoru (nádoba H01) VR-1. 8.1.2002 byla vypuštěna voda z H01 a zařízení bylo založeno do reaktorové nádoby. Přitom byla provedena vizuální kontrola povrchu zařízení a nebyly zjištěny žádné známky napadení jeho povrchu během 10 denního pobytu v demivodě. Současně byl z reaktoru vyvezen „neutronový oscilátor“, který byl uložen v nádobě H02. Aktivní zóna typu B1 byla částečně upravena (viz obr. 3-19). Z grafitového kelímku byl po telefonické konzultaci s Ing.M.Hronem, CSc. „odvrtán“ váleček (roubík) NaF, aby do obou kelímků mohly být vloženy aktivační detektory ve tvaru drátu. Aktivační dráty byly do každého grafitového kelímku vloženy 2, jeden měděný (čistá Cu) a jeden dysprosiový (slitina Dy s Al). Při najíždění reaktoru bylo zjištěno, že provedená úprava AZ (založení zařízení BLANKA 02 do pozice G3 a vložení tří obrysových maket do pozic G2, G4 a G5, viz obr. 3-19) má záporný vliv na reaktivitu ve výši cca 0.53 βef , z toho na sondu Blanka 02 připadá záporný vliv 0.4 βef. Následně bylo s reaktorem VR1 dosaženo nominálního výkonu (odpovídá cca 1 kWtep) a zařízení BLANKA 02 bylo po dobu 72 minut při uvedeném výkonu ozařováno. Poté byl reaktor odstaven a ampule demontována. Měřen byl dávkový příkon na povrchu ozařovaných částí (ampule a matice, viz tab. 3-04 a tab. 3-05) a aktivita ozářených aktivačních drátů, z čehož bylo určeno relativní rozložení hustoty toku neutronů po výšce ampule BLANKA 02 v dolním a horním grafitovém pouzdře (viz obr.3-18). Návazně se uskutečnilo ještě několik dalších ověřovacích měření. jejich výsledky se prakticky nelišily od měření předchozích. Měření provedená v I. etapě splnila svůj účel. Prokázala dobrou manipulovatelnost s celým zařízením a ověřila základní radiační parametry jeho provozu ve výzkumném reaktoru malého výkonu. Konkrétní dosažené výsledky jsou uvedeny v další kapitole této zprávy. 3.2.4 Dosažené výsledky (a)

Sonda zařízení BLANKA 02 umístěná v zóně B1 (pozice G3) měla záporný vliv na reaktivitu ve výši cca 0.4 βef.

(b)

Aktivita ampule je určována především obsahem chrómu a manganu v oceli 17248 (složení oceli viz tab.3-03) a je v prvních hodinách po ozáření relativně vysoká, postupně však klesá s poločasem rozpadu 56Mn 2.587 h resp. chrómu 51Cr

45

27.7 dne. Konkrétní naměřené a zjištěné hodnoty jsou uvedeny v tab.3-04 a tab.305. (c)

Zjištěné relativní rozložení hustoty toku neutronů po výšce ampule BLANKA 02 pomocí aktivační analýzy aktivačních drátů (do každého grafitového kelímku vloženy 2 dráty, jeden měděný - čistá Cu a jeden dysprosiový - slitina Dy s Al) je uvedeno na obr.3-18.

Prvek C Mn Si P S Cr Ni Ti

Zastoupení v % 0.1 2.0 1.0 0.045 0.03 17-19 9.5-12 5xC

Tab. 3-03: Složení oceli 17 248 Cr-Ni-Ti Dávkový příkon gama na povrchu: 0,5 hod po ozáření 17 hod po ozáření

nerezové ampule

Šroubovací víčko ampule

2.4 mSv/hod 0.040 mSv/hod

0.5 mSv/hod 0.0025 mSv/hod

[Ozařováno v pozici G3 (AZ B1), výkon 1E8 imp.s-1 (1kW), tozař = 72 min]

Tab. 3-04: Měření dávkového příkonu z ozářené ampule Energie [keV] 91 321 366 511 788 846 1090 1115 1299 1480 1601 1809 2111 2520 2654

Prvek

Cr51 Ni65 anihil. Mn56 (DE) Mn56 Mn56 (DE) Ni65 Mn56 (SE) Ni65 Mn56 (SE) Mn56 Mn56 Mn56

Počet impulsů Tměř =3 min 8.1.2002 18:00 2993

Počet impulsů Tměř =5 min 9.1.2002 10:00 355

247 1947 380 69687 310 392 472 629 370 12927 6236 416 244

435 2208

391 199

Tab.3-05: Výsledky gama analýzy (HPGe detektor) šroubovacího víčka ampule

46

R e la tiv n í ro zlo že n í h u s to ty to k u n e u tro n ů p o v ý š c e a m p u le B L A N K A 0 2 P ozice G 3 (A Z -B 1) školního reaktoru V R -1 (8.ledna 2002)

Relativní odezva

1,000 0,800 0,600 Cu Dy

0,400 0,200 0,000 0

20

40

60

80

10 0

120

P o zic e [m m ]

D o ln í g ra fito vé p o u zd ro

140

160

180

2 00

2 20

S tře d A Z

H o rn í g ra fito vé p o uz d ro

Obr.3-18: Relativní rozložení hustoty toku neutronů po výšce ampule BLANKA 02. Při dosavadních ověřovacích a ozařovacích experimentech nebyly shledány žádné neočekávané problémy. To se týká manipulací, stavu zařízení, jeho vlivu na reaktivitu i aktivity zařízení po jeho ozáření. V experimentech je možné pokračovat. Předpokladem úspěšného průběhu bude opět pečlivě zpracovaný experimentální program.

47

Obr.3-19: Schéma zóny B1 s instalovaným zařízením BLANKA 02

Obr. 3-20: Vzorky připravené k ozařování v zařízení BLANKA 02 na reaktoru VR-1

48

Obr.3-21: Příprava ozařovacích experimentů se zařízením BLANKA 02 na reaktoru VR1

49

Obr.3-22: Různé pohledy na zónu B1 s instalovaným zařízením BLANKA 02 v nádobě H01

3.3

Předpokládaný průběh experimentu 1/2003

Časové údaje: Plánovaný termín

leden-únor 2003

Trvání experimentu: týden

50

Výkon LVR-15:

9 MWt

Technické údaje sestavy, případné změny: VNĚJŠÍ SONDA:

použít skladované části z exp.2/2002 nové R 8 mm, 5 TČ AMPULE: nově vyrobená ampule, nový typ TR 26x1.6 17248 d. 356mm těsnění: stejné s úpravou, zesílený Ni delší závit, zavařená,He-zkouška doplnit stínění gama pod ventilem NÁPLŇ – 5ks stejných kelímků grafit (výroba 805-dílny) Ø23, stěny 5.5mm, d.50 mm náplně: kelímek 1. –shora čistá LiNa 2. NaF + UF4 závěr exp.1/2002 a 2/2002 3. LiNa + UF4 4. LiNa + stop.příměsi (Mo) 5. LiNa + stop.příměsi nebo MoNiCr Analytika, měření: sběr dat, analýza měření n-pole, dozimetrie průběžná a konečná analýza plynů analýza LiNa příp. vyhodnocení vzorků MoNiCr Hlavní účel experimentu: Ověření technologie a metodik na nové ampuli, s náplněmi LiNa a LiNa+UF4 (použité Li7 je čistoty 99.995%) analýzy štěpných plynů a LiNa, vlivy ozařování.

51

Plánovaná data experimentu č.1/2003 Náplň kelímku č. 1 viz obr.3-23 (shora)

účel experimentu:

Zjistit: visuálně

čistá LiNa (z pův. exp. 3/2002) 3 cm3 = asi 8.052 g z toho asi 12% váh. Li7 = asi 1 g. při 20oC výška náplně 30 mm dotýká se TČ 1. zda se náplň během pokusu tavila, jak vypadá opět ztuhlá tavenina v kelímku, eventuálně usazeniny na stěnách kelímku (pěna?) - foto pak rozbít kelímek - zda je patrný vnik LiNa do grafitu

analýzy náplň kelímku č.2

účel experimentu -

NaF + UF4 (z pův. exp.3/2002) 1 g NaF + 1 mg UF4, asi 0.37 cm3, asi 0.1 g Li7. výška v kelímku asi 5 mm při 20oC analýzy + štěpné produkty v odebraných plynech.

náplň kelímku č.3

účel experimentu -

LiNa + UF4 (z pův. exp.4/2002) 1 g LiNa + 1 mg UF4, asi 0.37 cm3, asi 0.1 g Li7 výška v kelímku asi 5 mm při 20oC analýzy + štěpné produkty v odebraných plynech.

náplň kelímku č. 4

účel experimentu náplň kelímku č.5

účel experimentu -

LiNa+ stopové příměsi (např.Mo), (z pův. exp. 4/2002), 3 cm3=asi 8.052 g, z toho Li7=asi 1g. při 20oC výška náplně 30 mm analýzy Mo LiNa + stopové příměsi nebo vzorek MoNiCr (ještě se upřesní) 3 cm3=asi 8.052 g, z toho Li7=asi 1g. při 20oC výška náplně 30 mm analýzy, event. korozní efekty (upřesní se).

Celkem náplň Li7 je asi 3.2 g.

Konstrukce a materiály sondy Pro exp. 1/2003 se používá nový typ ampule z nerez materiálu Schoeller-Bleckmann typ SBS-T/A. Tato ocel je plně srovnatelná s ocelí 17248 použitou v exp. 1 a 2/2002. Ampule bude zavařená s heliovou zkouškou těsnosti.

52

Délka nové ampule je 356 mm. Očekáváme, že chování nerez materiálu bude stejné jako v předchozích experimentech bez ohledu na delší dobu ozařování (místo 24 hodin asi týden). Režim provozu sondy Navrhujeme zcela stejný jako v předchozích případech (vztah operátor reaktoru/operátor sondy) se změnami vyplývajícími z delší ozařovací doby (střídání směn apod.). Stejný bude i režim poradiačních manipulací, rozebrání ampule a transport 5 grafitových kelímků k analýzám. Bezpečnostní dokumentace Je třeba zdůraznit, že experiment 1/2003 pouze nahrazuje neuskutečněné experimenty č.3 a 4/2002 s tím, že bylo vyloučeno ozařování vzorků MoNiCru v kelímcích 150mm. 5 nových kelímků 50mm de facto nahrazuje 6 kelímků 50mm původních. Ozařováním směsi NaF a UF4 v kelímku č.2 končí program s NaF a přechází se na program ozařování LiNa - ostatní kelímky. Použité lithium je obohacené izotopem Li7. Množství UF4 je minimalizováno na hranici citlivosti analýz (1 mg). Toto množství de facto není zářičem ve smyslu vyhl. 184/97Sb. Domníváme se, že pokud byla s SÚJB již projednána dokumentace pro experimenty č.3 a 4/2002 není další projednávání pro 1/2003 nutné. Stačí oznámení o delší době ozařování, která je jen plánovaná. Skutečná doba ozařování asi bude odvislá od netechnických faktorů prací. Předpokládaný průběh experimentu 1/2003 -

Podmínky Doba Posice v AZ

-

týden H6

Všeobecné chování sondy Po dobu experimentu se bude sledovat všeobecné chování sondy v AZ ve srovnání s obvyklým stavem AZ, regulačních prvků a dalších (sousedních) experimentů.

-

Teplotechnika Sledované hodnoty: teploty - T1 - grafit v horním kelímku T2 - stěny ampule nahoře T3 - stěny ampule střed (osa AZ) T4 - stěny ampule dole T5 - stěny obal. trubka v ose AZ 53

T6 - stěny obal.trubky v ose AZ Tv - chlad.voda reaktoru nad AZ Tlaky - P1 - 1.sekce P2 - 2.sekce P3 - tlak v prostoru 2 limit 0.3MPa P4- tlak v prostoru 1limit 0.3MPa P5 - tlak v ampuli limit 0.3MPa Pa - tlak atmosférický. výkon AZ Az - 0 až 9 MWtep. Všechny hodnoty se trvale ukazují na displeji a zapisují po cca 10, později 60 minutách, na displeji jejich průběhy. Hlavním účelem experimentu je dynamické porovnání teplotechnických poměrů a průběhů sondy ve srovnání s předchozími experimenty. -

Max. teploty konstrukčních materiálů Max. povolené teploty pro materiál ampule SBS T/A je 800oC. Materiál obalové trubky 17248 je 700oC

-

Max. tlaky (podmínka SÚJB) - nastavené pojistné ventily Max. tlaky P3, P4, P5 - 0.3 MPa

54

Obr.3-23: Schémata a náplně kelímků pro experiment č. 1/2003

3.4

Předběžná příprava experimentu BLANKA 417

Příprava projektu aktivních smyček typu BLANKA 417 je pokračováním programu aktivních sond typu BLANKA 2 tj. ozařování konstrukčních materiálů a grafitů v tavených solích v grafitových kelímcích v centrální ampuli ∅26.9, délky 356 mm s inertní atmosférou. Pracovní teploty asi 750oC. Náplně tavených solí jsou během procesu statické, ozařování sond se děje na reaktorech VR.1, LVR-15 a IR-8 v jedné 55

buňce aktivní zóny; moderátorem a chladivem aktivní zóny je H2O, přičemž mezi ozařovaným materiálem a vodou reaktoru jsou 3 aktivní oddělovací bariéry (pláště). Program aktivních smyček typu BLANKA 417, je nový program, jehož předběžné parametry jsou následující: Jde o ozařování konstrukčních materiálů a grafitů v tavených solích v grafitových kelímcích v centrální ampuli ∅100, délky asi 500mm s inertní atmosférou.

Náplň tavených solí během ozařování řízeně cirkuluje a modeluje tak blanket transmutoru v jeho vlastních pracovních podmínkách (teploty, neutronové a gama pole), Uvést náplň tavených solí do pohybu je možné: (a)

přirozenou konvekcí

(b)

nuceně (čerpadly, rozdílem tlaků apod.)

Smyčka je vložena do 4 buněk aktivní zóny týchž reaktorů v profilu 140 x 140 mm, přičemž zásada 3 oddělovacích bariér je zachována. Pro přípravu programu předpokládáme řadu technických a ověřovacích zkoušek, které by bylo nejlépe provádět na zkušebním stendu pro smyčky tohoto typu v laboratoři ADTT.

3.5

Laboratoř ADTT, její vybavení a program prací

Pro úspěšné pokračování prací v rámci programu BLANKA se ukazuje jako zcela nezbytné zřízení a vybavení samostatné a specializované laboratoře pro výzkum ADTT. Jako nejlepší varianta se jeví její umístění v obj. 212 v ÚJV v Řeži. Program laboratoře budou tvořit rámcově práce jako: (a)

příprava experimentálních náplní tavených solí (směsi nominálních tavených solí MS, + příp. UF4 v minim. množstvích, v kelímcích z grafitu a niklových slitin)

(b)

technika přípravy náplní v ochranné atmosféře (helium, argon)

(c)

provádění neaktivních experimentů v prostředích o teplotách blízkých provozním teplotám v blanketech a paralelních experimentů k experimentům aktivním (krátkodobé i dlouhodobé)

(d)

metodické a měřící zajištění prací, jejich vyhodnocování.

K tomu jako základní vybavení:

56

-

laboratorní soubory ADTT s přesnými tavícími pecemi pro teploty do 1000oC, uzavřený plynotěsný rukavicový box pro podobné práce v inertní atmosféře, stendy pro přípravu experimentů, přesné laboratorní váhy, měřidla atd.

-

plynová hospodářství (pro vakuum, argon, helium), laboratorní stoly a skříně, výbava nářadí a pomůcek, chemikálie atd.

4

Podklady pro další vývoj a výrobu

4.1

Fyzikální podklady

Při provedených experimentech se vycházelo z fyzikálních podkladů uvedených v průběžné zprávě za rok 2001 (verze 1). Experiment 1/2002 potvrdil, že provedené výpočty, jež byly klíčovou součástí fyzikálních podkladů, v celku odpovídaly naměřeným hodnotám a provedený experiment 2/2002, kdy v sondě poprvé byla fluoridová sůl správnost stanovených hodnot též opět prakticky potvrdil.

4.2

Výpočtové podklady – program validace

V roce 2002 byly pokračovaly práce dle harmonogramu programu validace. Byly provedeny předběžné výpočty jednogrupových účinných průřezů pomocí MCNP. Poprvé tak byla v celé šíři využita dříve připravená aktualizovaná knihovna dat pro MCNP. Vypočtené významné hodnoty účinných průřezů v reálném neutronovém spektru reaktoru LVR-15 jsou uvedeny v následující tabulce. Hodnoty účinných průřezů jsou uvedeny v barnech. Nuclide Ra-223 Ra-224 Ra-225 Ra-226 Ac-225 Ac-226 Ac-227 Th-227 Th-228 Th-229 Th-230 Th-232 Th-233 Th-234 Pa-231 Pa-232 Pa-233 U-232 U-233

total 46.2658 18.363 45.2862 20.8518 166.439 68.176 192.075 251.211 55.5074 61.5998 37.7738 16.3042 196.122 18.1206 67.7744 156.178 33.5738 47.997 97.4398

(n,2n) 0.011746 0.003904 0.015624 0.004232 0.003309 0.008958 0.003609 0.006546 0.001134 0.008429 0.002587 0.0024 0.012044 0.003427 0.001767 0.00449 0.000662 0.001168 0.000941

(n,3n) 0 5.63E-07 5.57E-06 1.27E-05 0 0 0 0 0 0 0 1.18E-05 1.07E-05 2.66E-05 0 0 0 0 0

(n,gamma) 27.1247 2.26574 27.6817 9.14995 152.608 55.4245 175.856 210.471 36.9217 37.2691 21.0328 3.47903 181.615 3.07358 58.5671 57.2951 24.5085 17.2435 8.79634

fission 0.128041 0 0 7.39E-05 0 0 0.003225 28.4789 0.067072 13.7086 0.052229 0.01962 2.07099 0.00981 0.324676 88.4614 0.12557 21.7702 79.1542

Nubar 1.56174 0 0 1.60457 0 0 1.88052 2.10541 2.03745 2.1265 2.06904 1.98105 2.04441 0.327402 2.33728 2.33613 2.35966 3.18882 2.54427

57

U-234 U-235 U-236 U-237 U-238 Np-236 Np-237 Np-238 Np-239 Pu-236 Pu-237 Pu-238 Pu-239 Pu-240 Pu-241 Pu-242 Pu-243 Pu-244 Am-241 Am-242 Am-242m Am-243 Am-244 Am-244m Cm-241 Cm-242 Cm-243 Cm-244 Cm-245 Cm-246 Cm-247 Cm-248 Cm-249 Cm-250 Bk-249 Bk-250 Cf-249 Cf-250 Cf-251 Cf-252 Cf-253 Cf-254 Es-253 Es-254 Es-255

58

39.57 96.4002 19.9007 73.9166 14.341 425.701 51.4913 284.063 32.7617 63.6069 343.671 76.784 204.782 275.928 220.268 40.9672 62.6554 14.7402 137.83 313.37 1215.84 63.1828 406.819 337.501 371.838 17.0637 139.652 30.4211 275.135 14.9465 56.0739 22.3885 22.8679 12.7281 307.871 152.958 309.736 460.876 1092.47 22.2488 251.972 13.1735 202.193 272.032 29.7845

0.000228 0.001998 0.001257 0.004009 0.002306 0.001341 0.000509 0 0.000581 4.60E-05 0.000351 0.000625 0.001039 0.000361 0.004472 0.001239 0.011252 0.004258 0.000126 0 0.002423 0.000563 0.004958 0.004958 1.03E-05 3.35E-05 0.000636 0.000714 0.00103 0.000835 0.006735 0.001247 0.006094 0.002442 0.000279 0.005563 0.000998 0.002227 0.007906 0.001696 0 0.001393 0 0.003874 0.001127

0 0 3.67E-06 1.76E-05 1.90E-06 0 0 0 8.10E-07 0 0 0 0 0 8.75E-07 1.10E-07 6.66E-05 2.09E-05 0 0 0 0 1.94E-08 1.94E-08 0 0 0 0 0 0 1.31E-05 1.72E-05 8.49E-06 1.77E-05 1.54E-11 4.92E-06 0 0 1.01E-05 2.02E-05 0 6.96E-06 0 1.71E-06 2.09E-06

26.633 14.9534 7.36546 62.8907 2.28451 83.977 40.6215 24.985 22.1927 10.3995 66.3667 59.8145 64.7113 247.643 53.4875 26.0501 16.6811 3.14789 126.955 30.0373 203.284 52.2361 81.2953 65.8635 31.7875 5.46171 19.7808 16.2066 36.5483 3.52653 18.8033 8.25837 6.3066 0.329123 294.605 38.678 66.181 439.838 360.216 3.85519 53.5328 0.727941 179.038 3.54541 13.8607

0.477648 71.3036 0.260257 0.698635 0.081538 332.281 0.435341 246.549 0.507246 44.3997 268.58 3.13502 130.86 0.531769 157.217 0.366926 34.2594 0.319113 1.13038 269.41 1004.27 0.385558 316.468 262.573 331.054 0.63615 0 0.875527 0 0.529478 28.6373 0.708705 4.75821 0.420546 1.91806 104.631 233.402 0.81815 720.94 7.83578 177.586 1.52398 0 258.824 4.69362

2.41885 2.48046 2.37121 2.48124 2.49817 2.4803 2.71351 2.85674 2.81675 2.89205 2.90784 2.9782 2.95925 2.88375 2.99547 2.88406 3.12088 2.99339 3.31419 3.46226 3.35939 3.34644 3.24739 3.24739 2.86669 3.54091 0 3.5694 0 3.68591 3.69952 3.61367 3.44723 3.4867 3.44694 3.6898 3.99276 3.76089 4.27591 4.21703 4.2915 3.97647 0 4.22226 4.01463

Fm-255

433.763

0.002932

3.81E-08

5.83857

417.62 -28

4.53834

2

Tab.4-01: Hodnoty účinných průřezů v barnech (1barn=10 m ) Pomocí těchto účinných průřezů byl kódem ISTAR proveden výpočet vzniku aktinidů z přírodního uranu, který je obsažen v sondě BLANKA. Byly spočteny předběžné koncentrace jednotlivých nuklidů. Tím je proveden výpočet změny izotopického složení sondy BLANKA po ozáření. V následujících tabulkách jsou uvedeny koncentrace nuklidů (aktinidů) po 24 hodinovém ozáření sondy BLANKA. Počáteční koncentrace U235 4.80*1019 jader/cm3 a U238 6.81*1021 jader/cm3 ostatní aktinidy- nulová počáteční koncentrace.

Nuklid Ra-224 Ac-227 Ac-228 Th-227 Th-228 Th-229 Th-230 Th-231 Th-232 Th-233 Th-234 Th-235 Pa-230 Pa-231 Pa-232 Pa-233 Pa-234 Pa-235 U-230 U-231 U-232 U-233 U-234 U-235 U-236 U-237 U-238 U-239 Np-235 Np-236

Počet jader na 1cm3 směsi (před ozař.) 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 4.8000E+19 0.0000E+00 0.0000E+00 6.8100E+21 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00

Počet jader na 1cm3 směsi (1den ozař.) 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 4.8128E+03 9.5036E+07 3.7680E+05 3.1298E+00 2.8512E+09 7.6805E+02 0.0000E+00 3.4317E+07 8.0091E+03 3.0755E+03 2.0918E+07 2.6604E+03 0.0000E+00 0.0000E+00 1.1213E+03 1.8540E+03 1.2418E+12 4.7946E+19 9.2967E+15 1.9378E+14 6.8098E+21 4.7469E+15 0.0000E+00 6.1618E+03

Počet jader na 1cm3 Počet jader na 1cm směsi (28 dní ozař.) směsi (7dní ozař.) 0.0000E+00 2.0716E+01 1.1962E+02 2.5374E+03 0.0000E+00 2.0743E+00 0.0000E+00 1.5245E+00 4.2140E+01 6.8174E+03 0.0000E+00 2.2347E+01 2.3504E+05 3.7168E+06 1.9527E+08 1.9277E+08 1.8417E+07 2.9208E+08 3.6576E+01 3.4888E+02 1.8335E+10 5.5565E+10 4.9680E+03 1.5067E+04 4.3921E+01 7.4016E+02 7.0565E+08 3.3411E+09 6.9269E+05 4.4460E+06 8.6721E+05 3.2192E+07 2.0148E+08 6.3842E+08 1.7577E+04 5.3443E+04 0.0000E+00 2.2841E+01 0.0000E+00 1.7213E+00 8.7970E+05 2.9703E+07 1.3072E+05 8.1495E+06 8.6561E+12 3.4116E+13 4.7626E+19 4.6521E+19 6.4840E+16 2.5608E+17 1.0304E+15 2.0146E+15 6.8085E+21 6.8042E+21 4.7460E+15 4.7429E+15 0.0000E+00 1.0575E+01 1.8215E+06 7.5878E+07 3

59

Počet jader na 1cm3 směsi Nuklid (před ozař.) Np-236m 0.0000E+00 Np-237 0.0000E+00 Np-238 0.0000E+00 Np-239 0.0000E+00 Np-240 0.0000E+00 Pu-236 0.0000E+00 Pu-237 0.0000E+00 Pu-238 0.0000E+00 Pu-239 0.0000E+00 Pu-240 0.0000E+00 Pu-241 0.0000E+00 Pu-242 0.0000E+00 Pu-243 0.0000E+00 Pu-244 0.0000E+00 Pu-245 0.0000E+00 Am-240 0.0000E+00 Am-241 0.0000E+00 Am-242 0.0000E+00 Am-242m 0.0000E+00 Am-243 0.0000E+00 Am-244 0.0000E+00 Am-245 0.0000E+00 Cm-241 0.0000E+00 Cm-242 0.0000E+00 Cm-243 0.0000E+00 Cm-244 0.0000E+00 Cm-245 0.0000E+00 Cm-246 0.0000E+00

Počet jader na 1cm3 směsi (1den ozař.) 1.3659E+04 1.0125E+13 2.2439E+09 1.7107E+17 2.9805E+12 1.2577E+03 0.0000E+00 3.2016E+08 2.5756E+16 2.9384E+13 2.8073E+10 4.4166E+06 1.7694E+02 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 8.4204E+05 1.9822E+02 2.3314E+01 9.6447E+01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 2.6710E+01 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00 0.0000E+00

Počet jader na 1cm3 Počet jader na 1cm směsi (28 dní ozař.) směsi (7dní ozař.) 1.8904E+06 2.4058E+07 4.1214E+14 3.9713E+15 3.3175E+11 5.3811E+12 5.9659E+17 6.8357E+17 1.1002E+13 1.2642E+13 1.4240E+06 8.8055E+07 3.4349E+03 1.0305E+06 2.4912E+11 1.8223E+13 8.0364E+17 4.7960E+18 2.5612E+15 5.4175E+16 1.7376E+13 1.5199E+15 1.9622E+10 7.0749E+12 1.6585E+06 6.8097E+08 4.5705E+02 7.8565E+05 0.0000E+00 1.8082E+01 5.8657E+00 4.4891E+03 3.7353E+09 1.3393E+12 3.2539E+06 1.6736E+09 7.3475E+05 1.0220E+09 7.0952E+06 1.2179E+10 1.9280E+03 4.4652E+06 0.0000E+00 5.6990E+02 0.0000E+00 1.2806E+01 3.3832E+06 7.3843E+09 2.4672E+02 2.2916E+06 3.2186E+03 3.2186E+07 2.4320E+00 4.5477E+04 0.0000E+00 7.5312E+01

Rozštěpené aktinidy

5.250E+16

3,603E+17

0.000E+00

3

1,527E+18

Tab.4-02: Hodnoty koncentrací jednotl. nuklidů Pozn.: Vzhledem k faktu, že při štěpení jednoho jádra aktinidu vznikají téměř vždy dva odštěpky (pravděpodobnost trojného štěpení je asi 1:250000), je počet vzniklých jader štěpných produktů roven dvojnásobku počtu rozštěpených aktinidů.

4.3

Experimentální podklady

Během experimentu 01/2002 byla předběžně prováděna některá měření, která měla za úkol naladit příslušné měřící metodiky a optimalizovat program dalších experimentů. Naměřená data byla později porovnána s výsledky experimentu 2/2002.

60

4.3.1 Neutronická měření Pomocí aktivačních detektorů (Ni,Fe,Ti,Ag,Co) byly měřeny fluence resp. fluenčních příkony neutronů. Nejzajímavější jsou hodnoty měřené uvnitř sondy, které ilustrují podmínky v nichž se budou nacházet fluoridové náplně. Fluenční příkon neutronů Blanka02 (uvnitř sondy) Monitory uložené u vzorku (uvnitř sondy) Fluenční příkon [cm-2 s-1] Poloha Y= 0 cm 0 - 0.2 eV

0.2 eV - 1 keV

1 keV - 10 keV

10 - 100 keV 0.1 - 20 MeV Total

Výpočet

7.23E+13

3.06E+13

7.99E+12

1.06E+13

4.60E+13

1.68E+14

Experiment 12.2.02 V/E

4.67E+13 1.55

3.01E+13 1.02

8.54E+12 0.94

1.10E+13 0.97

4.49E+13 1.02

1.41E+14 1.19

Experiment 22.4.02 V/E

3.94E+13 1.84

2.43E+13 1.26

6.73E+12 1.19

9.26E+12 1.14

3.86E+13 1.19

1.18E+14 1.42

Tab.4-03: Fluenční příkony neutronů uvnitř sondy Energetický interval od do 0 eV 0.1 0 eV 0.398 0.398 eV 10 10 keV 0.1 0.1 MeV 20 0.5 MeV 20 1 MeV 20

eV eV keV MeV MeV MeV MeV STD

datum měření 12.2.2002 1.50E+18 2.06E+18 1.43E+18 4.49E+17 1.84E+18 1.22E+18 8.21E+17 6.43%

22.4.2002 1.45E+18 1.99E+18 1.31E+18 4.35E+17 1.81E+18 1.21E+18 8.07E+17 6.05%

Poměr 1.03 1.03 1.09 1.03 1.01 1.01 1.02

Tab.4-04: Fluence neutronů z experimentů 4.3.2 Odběr a měření VZORKů (při experimentu 2/2002) (a)

Odběry plynů a vzorků NaF a jejich transport

4.3.2..a.1...1

Odběr plynu (Ar) nad reaktorem byl proveden dne 17.4.2002 v 11:30h do 400ml vzorkovnice. Vzorkovnice byla bezprostředně přepravena na obj.250

4.3.2..a.1...2

Odběr plynu (Ar) z ampule – spodní ventil – 18.4.2002 ve 12:00h do 200ml vzorkovnice. Vzorkovnice byla bezprostředně přetransportována na obj.250 61

4.3.2..a.1...3

(b)

Odběr vzorků NaF byl proveden 18.4.2002. Expoziční příkon na povrchu byl cca 700mR/h. Transport na obj.250 byl proveden dne 20.4.2002 v plechové konzervě.

Rozbalování a úprava vzorků

Plyny Plyny byly měřeny přímo v originální vzorkovnici. Měření bylo provedeno bezprostředně po transportu. 200ml vzorkovnice opakovaně proměřena 28.5.2002 s cílem prověření povrchové kontaminace. Vzorky grafitu a NaF -

Grafitové kelímky s NaF vyjmuty z ochranné schránky (schránku nebylo možné otevřít bez násilí – chybí vhodný přípravek)

-

NaF nebylo možno vyjmout (vysypat) z grafitového kelímku. Kelímky byly rozbity a z rozpadlých kusů vyjmuty rozlámané roubíky NaF.

-

Z rozbitých kusů kelímku vybrány menší kousky (ze spodních částí – kontakt s NaF) do 30 PE vzorkovnic.

Hmotnosti vzorků grafitu použité pro měření: -

horní kelímek 5.003g , měření provedeno 13.5.2002

-

dolní kelímek 5.225g , měření provedeno 14.5.2002

Z rozbitých kusů NaF odváženy podíly: -

horní kelímek 1.11610g

-

dolní kelímek 0.93116g

a rozpuštěny v HCl + HF. Roztok zředěn a pro měření odebrány podíly -

horní kelímek 0.09276g

-

dolní kelímek 0.06661g

(c)

Výsledky měření

Plyny -

62

Plyn nad reaktorem – ve vzorku prokázán pouze Ar-41.

-

Plyn z ampule – výsledky měření jsou uvedeny v protokolu CAL (viz [30]) Vedle Ar-41 byla prokázána přítomnost aktivačních izotopů. Povrchová kontaminace byla jednoznačně prokázána.

Grafit a NaF Výsledky měření aktivit jsou uvedeny v protokolech Centrální analytické laboratoře CAL ÚJV Řež (viz [30]) a jsou vyjádřeny v jednotkách Bq/g grafitu resp. Bq/g NaF. (d)

Návrh opatření pro budoucí experimenty

-

Pokusit se minimalizovat možnou kontaminaci vzorků v HK

-

Vyrobit náhradní zásobníky pro přepuštění plynů z odběrových zásobníků do měřících zásobníků (min.3ks, objem 200ml)

-

Vyrobit přípravek na otevírání PP pouzder

-

Ve spolupráci s divizí 300 vyřešit transport vzorků s použití vhodného kontejneru reaktoru na obj.250 (přes přijímací komoru objektu 250). Je nutno respektovat přítomnost štěpných produktů včetně plynných!

Přehled izotopů argonu. 37

Ar Ar 39 Ar

35.104 d stabilní 269.032 r

40

Ar Ar

stabilní 109.00 min.

42

Ar

32.987 r

43

Ar

5.40 min.

38

41

β, γ

neuvedeny

βEstř βEmax γ βEstř 1 294.00 459.30 1 076.70 γ1 1 293.60 (99.20 %) 1 660.00 (0.05 %) β γ β γ

218.00 keV 565.00 (100 %) βEmax 815.00 (0.052 %) 1 198.30 (99.17 %) 2 492.00 (0.78 %)

neuvedeny neuvedeny Neuvedeny 975.20 (100 ) 738.00 (43.0 %) 1 440.00 (39.00 %) a další

Ostatní izotopy iAr mají T1/2 < jednotky minut.

63

4.4

Modelování a vývoj BLANKETU transmutoru

V sledovaném období byl dále aplikován a modifikován ruský výpočetní program ISTAR (resp.jeho inovovaná česká verze OGAR), který řeší vyhořívání aktinidů zde v molten-salt systémech. Další vývoj a ještě dokonalejší osvojení kódu ISTAR (resp.OGAR) hraje klíčovou úlohu při naplňování programu validace, neboť právě tento kód má být validován. Kód ISTAR (resp.OGAR) využívá výstupní soubory kódu MCNP, ve kterých jsou obsaženy vypočtené účinné průřezy zkoumaných aktinidů, jež odpovídají složení a geometrii daného systému. V rámci účasti na vývoji kódu ISTAR (OGAR) byly formulovány další úkoly zejména pro rozšíření výpočetních možností kódu: -

Zakomponování štěpných produktů

-

Citlivostní analýzy

-

Simulace chemické separace

-

Vlivy změn hustoty objem.kontrakce

-

Matematické problémy asymptotického chování

-

Zahrnutí on line dat z měření pro lepší výpočty

-

Výpočet vyhoření AMPULy

v závislosti

na

změnách

koncentrací

aktinidů

a

Obsah prací bude dále konzultován a upřesňován s Institutem Kurčatova a v rámci programu MOST. V rámci osvojování byl proveden prvotní ověřovací výpočet, který byl podrobně popsán v průběžné zprávě za rok 2001. Výpočty vyhoření (jaderného spálení) aktinidů v blanketech transmutačních systémů Kódem ISTAR (OGAR) byly provedeny výpočty vyhoření aktinidů pro BLANKET-97 a BLANKET-98 . Oba blankety jsou rozměrově shodné 6-ti úhelníkové mříže ovšem s rozdílně pojatým rozmístěním a druhem modulů (viz obr.4-01,4-02). Oba druhy blanketů mají rozměrově totožný grafitový reflektor. Výška zóny byla při výpočtech brána 250 cm. Potřebné jednogrupové účinné průřezy potřebné pro vstup do kódu ISTAR (OGAR) byly spočteny pomocí MCNP. Oba moduly byly koncipovány jako mírně nadkritické (hypotetický předpoklad použití regulačních absorbčních orgánů). Jako palivo byla uvažována směs fluoridových solí. Přitom jako nosič byla uvažována směs fluoridů LiF+BeF2 (66mol%+34mol%), ve které byly rozpuštěny fluoridy aktinidů. Počáteční koncentrace rozpuštěných aktinidů mají pro oba uvedené blankety srovnatelné hodnoty, takže lze z výsledných koncentrací aktinidů (ke konci cyklu vyhoření) udělat porovnání "transmutačních rychlostí". Byly provedeny dva základní výpočty pro oba typy blanketů. Počítáno bylo vyhoření po dobu 50-ti let. Každý rok byly po dobu 50-ti let kompenzovány vyhořelé (rozštěpené) 64

aktinidy, a to směsí aktinidů z VJP VVER-440 (vyhoření 40MWd/kg). Pro srovnání byly spočteny časové změny koncentrací jader důležitých aktinidů v jednotce objemu pro dvě různé hodnoty celkové hustoty toku neutronů (1.1014 cm-2s-1 a 1.1015 cm-2s-1 ) Důležitým závěrem těchto především kvalitativních výpočtů je stejný fakt jako u předběžných výpočtů, že při dostatečně velké hustotě toku neutronů se časově závislé koncentrace významných aktinidů ustálí "dostatečně brzy" na svých asymptotických hodnotách.

Obr.4-01: Modelový BLANKET-97 (37 modulů) pro výpočty vyhoření 65

Obr.4-02: Modelový BLANKET-98 pro výpočty vyhoření

66

Srovnání počátečních a rovnovážných koncentrací vybraných aktinidů při vyhořívání v BLANKETU-97 A V BLANKETU-98

Neutron. tok 1.1015 cm-2s-1 Isotop Np-237 Pu-238 Pu-239 Pu-240 Pu-241 Pu-242 Am-241 Am-243 Cm-244 Cm-245 Cm-246 Cm-247

BLANKET-97 0 roků 9.391E-07 3.814E-07 1.135E-05 4.199E-06 1.697E-06 9.881E-07 1.149E-06 2.582E-07 6.453E-08 4.391E-09 5.812E-10 1.310E-11

BLANKET-98 50 roků 3.254E-07 3.204E-07 9.398E-07 1.190E-06 4.768E-07 3.423E-06 1.262E-07 1.711E-06 6.550E-06 1.341E-07 4.428E-06 1.339E-07

0 roků 1.252E-06 5.085E-07 1.513E-05 5.597E-06 2.263E-06 1.317E-06 1.531E-06 3.441E-07 8.602E-08 5.853E-09 7.748E-10 1.746E-11

50 roků 1.816E-07 5.112E-07 1.351E-07 1.881E-07 1.663E-07 1.692E-06 8.722E-09 1.308E-06 4.240E-06 2.992E-07 2.806E-06 2.091E-07

Tab.4-05: Modelové srovnání počátečních a rovnovážných koncentrací aktinidů v blanketech transmutoru při průběžném doplňování „spalovaných“ aktinidů. V následujících výpočtech byly srovnány transmutační schopnosti blanketů BLANKET-97 (obr.4-01) a BLANKET-98 (obr.4-02) po 50-ti letech provozu. Byla uvažována hustota toku 1.1015cm-2s-1. Výsledkem srovnání byl fakt, že BLANKET-98 má pro většinu aktinidů mnohem nižší jejich rovnovážné koncentrace a spaluje tedy intenzivněji než BLANKET-97. Předběžný výpočet jednoduché modelové zóny transmutoru V dalších výpočtech a analýzách byla uvažována předběžná verze demo-transmutoru, který se skládá z válcové homogenní aktivní zóny a reflektoru – viz obr.4-03.

67

Obr.4-03: Schéma válcové aktivní zóny demo-transmutoru Parametry zóny Válcová geometrie: výška paliva Hp=140cm průměr paliva Dp=70cm tloušťka bočního reflektoru 50cm ⇒ D=170cm Materiály: nosná sůl LiF+BeF2…66mol%+34mol% palivová směs…fluoridy aktinidů v kritické koncentraci grafit o hustotě 2.0g/cm3 Uvažovaný tok: Φ=1.1015 cm-2s-1 Střední teplota: 632.5°C Počítané parametry: kritické složení palivové směsi a tepelný výkon reaktoru Chemické složení směsi (kritická koncentrace): LiF 68

64.878 mol%

BeF2 33.422 mol% NpF4 0.076 mol% PuF3

1.504 mol%

AmF3 0.114 mol% CmF3 0.006 mol% Obsah fluoridů aktinidů činí 1.7 mol% . z toho PuF3 1.5 mol% Odhadnutá hustota směsi ρ=2.21384g/cm3 Výpočet objemového výkonu při daných parametrech:

P = Ef Σf ϕ

Ef=3.2E-11 [J] Σf = 0.294 [m-1] ϕ=1E+19 [m-2s-1]

P= 94.1 kW/litr paliva

69

5

Seznam dokumentace

[1] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Experimentální zařízení BLANKA . průběžná zpráva za rok 2000, ÚJV, prosinec 2000 [2] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Experimentální zařízení BLANKA . průběžná zpráva za rok 2001 (verze 1), ÚJV, prosinec 2001 [3] Aurea, Doporučené složení a návrh blanketu k exp. BLANKA1–vyhledávací studie I, Řež, říjen 2000 [4] Aurea, Doporučené složení a návrh blanketu k exp. BLANKA1–vyhledávací studie II, Řež, listopad 2000. [5] Aurea, Experimentální ověření charakteristik transm., pracovní verze, duben 2001 [6] RNC KI Moskva, Aleksejev a kol.,projekt AMPULA, Moskva 2000 [7] Matějka, Rataj, KJR FJFI – Návrh PP exp. ověření char. blanketu transmutoru BLANKA1, Praha, 2/2001 [8] Zápisy z porad řešitelů projektu ADTT(BLANKA, ing. Masařík) leden–prosinec 2001. [9] Aurea – BLANKA 02 – Exp. ověření charakteristik, konečná verze, listopad 2001. [10] Hron, Mikisek a kol. Neutronické a teplotechnické výpočty sondy BLANKA02, podkladová zpráva pro zpracování bezpečnostní dokumentace,ÚJV, listopad 2001 [11] Materiály pro program BLANKA, Aurea, 2001 [12] Masařík, Projekt BLANKA 02 – Rozbor vlivu na jad. bezpečnost , Řež, 11 /2001 [13] Janouš,Masařík, Plán jakosti BLANKA – etapa č. 01, Řež, 11/2001 [14] Listík, Masařík, BLANKA 02 - Rozbor vlivu na jadernou bezpečnost, ÚJV 28.1.2002 [15] Vlasák, Dušek, Olišarová, Všolák, Masařík, Dokumentace plynového hospodářství, měření, zpracování dat BLANKA 02, 2001 [16] Ryant, Výrobní dokumentace BLANKA 02, ÚJV 2001, 2002 [17] Schmid, Teplotechn.výpočet sondy BLANKA 02, ÚJV Z 759 T,M, 12/2001 [18] AureA, Projekt BLANKA 02, srpen 2001 70

[19] Hron a kol., Vyhodnocení experimentu BLANKA č.1/2002, ÚJV, březen 2002 [20] Plán jakosti – soubor záznamů a provedení jednotlivých dílčích úkonů ve smyslu [13] (Masařík, Peka, Chochlovský, aj.) [21] Matějka, Rataj, Průběžná zpráva o experimentu BLANKA 02 na V R-1, FJFI, 2001 [22] Brož, Bezpečnostně provozní předpis [23] Masařík, Pracovní postup pro obsluhu experimentu, ÚJV, 2001 [24] Masařík, Dokumentace experimentu – popis, projektové a provozní parametry, montážní práce, ozařování, poradiační operace, provoz sondy, ÚJV 2001 [25] Sus, Pracovní postup pro odběr vzorků, 2001 [26] Vlasák, Dostál, Macák,Vorel, Protokoly o kontrolách a zkouškách zařízení před provozem [27] Horák, Příprava monitorů neutronového toku pro založení, 2001 [28] Matějka, Rataj, Zkoušky a ozařovací experimenty se zařízením BLANKA02 na školním reaktoru VR-1, KJR FJFI, březen 2002 [29] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Experimentální zařízení BLANKA – předběžná verze průběžné zprávy za rok 2002, duben 2002 [30] Centrum jad. technologií, Hron a kol., Technická zpráva o průběhu 2.ozařovacího experimentu BLANKA (2/2002), květen 2002 [31] Chochlovský I., Experimentální ověření charakteristik blanketu transmutoru, prováděcí projekt finální verze technické zprávy 2002, AUREA, listopad 2002

71

Приложение Предварительные расчетные оценки энерговыделения в тепловом модуле АМПУЛА - капсула, помещенной в экспериментальный канал реактора ИР-8. Выполнены предварительные расчеты энерговыделения в тепловом модуле АМПУЛА-капсула. Основные результаты предварительных расчетов Эти результаты соответствуют мощности реактора ИР-8 - 4 МВт. Энерговыделение в солевой композиции за счета реакции Li6(n.a) -

0.18(Вт/см3).

Энерговыделение в солевой композиции, 2.5(Вт/см3)

обусловленное γ излучением Среднее энерговыделение в элементах

6.8(Вт/см3).

конструкции ампулы

Следует отметить, что эти расчеты проведены на основании предварительных оценок о состоянии ректора в момент размещения в нем экспериментального устройства, в том числе графика нагрузки и положения органов СУЗ, также пока недостаточно детальной информации о составе примесей в солевой композиции, в конструкции АМПУЛы, в термопарах и о давлении и составе газа в зазорах между чехлами устройства и над поверхностью соли. В настоящее время уточняются все необходимые для прецизионных расчетов характеристики. Для

расчета

энерговыделения

в

тепловом

модуле

АМПУЛА-капсула

использовался программный комплекс UNK. Ниже представлено краткое описание методик расчета реализованных в этом комплексе. Комплекс программ UNK состоит из четырех функционально самостоятельных программ, которые выполняют различные этапы нейтронно-физического расчета реакторов. Программа UNK Cell

программа расчета ячейки реактора предназначена для

определения нейтронно-физических характеристик ячеек реакторов различных типов, и получения малогрупповых нейтронно-физических констант, необходимых для расчета всего реактора. Библиотека ядерных данных программы UNK_Cell сгенерирована из файлов оцененных ядерных данных ENDF/B-VI содержит данные для 337 изотопов, включая

1

продукты деления, для которых имеются нейтронные сечения в современных библиотеках (196 изотопов), и 1227 осколков, характеризующихся только постоянной распада. Для некоторых изотопов имеются дополнительные варианты библиотек ядерных данных полученных из файлов JEF-2.2 и JENDL. Это позволяет оценивать расчетную погрешность, обусловленную неопределенностью ядерных данных. Основная библиотека программы содержит 89 групповые сечения (24 группы в области замедления от 14.5 МэВ до 2.15 эВ и 65 тепловых групп). Особенностью программы UNK является детальный расчет спектра нейтронов в резонансной области энергий (2.15эВ. - 2.15 КэВ). Это достигается проведением расчетов в большом числе энергетических групп (около 7000). В этой области энергий используется мелкая неравномерная энергетическая сетка, сгущающаяся вблизи резонансов разных изотопов и более широкая в промежутках между ними. Расчет пространственного распределения нейтронов в программе UNK_Cell проводится методом вероятностей первых столкновений (ВПС) для одномерных плоской, цилиндрической и сферической геометрий. Для более сложных геометрий ячеек вероятности рассчитываются численными методами. Расчет малогрупповых нейтронно-физических констант ячеек для использования их в последующих реакторных расчетах выполняется стандартньм усреднением скоростей различных реакций. Программа UNK_Cell верифицирована для расчета топливных композиций реакторов различных типов Программа UNK_GRO-многогрупповая программа полномасштабного расчета реактора

в

реальной

геометрии

в

рамках

группового

приближения

методом

характеристик. Так же как и методе Монте-Карло при расчете задается реальная геометрия реактора. Геометрический модуль разбивает всю расчетную область на мелкие регистрационные зоны разной формы, таким образом, чтобы приближение плоского потока в пределах регистрационной зоны было приемлемо. Для полученного разбиения расчетной области, геометрический модуль программы UNK_GRO проводит расчет характеристик - лучей пересекающих расчетную область (рассчитываются участки пересечения регистрационных зон лучом). Обычно таких характеристик рассчитывается несколько десятков тысяч. Вдоль каждого из лучей решается в аналитическом виде уравнение транспорта нейтронов. Скалярный поток нейтронов в выделенных зонах поток нейтронов определяется как среднее значение вдоль всех лучей, пересекающих данную зону. В процессе итераций обеспечивается стабилизация значений средних по зонам

2

значений скалярного потока нейтронов для всех энергетических групп и значения эффективного коэффициента размножения нейтронов Keff. Результатом расчета являются: значение Keff, групповые распределения плотности потока нейтронов, поле энерговыделения, нейтронный баланс по материалам. Программа UNK_GAM- программа расчета распределения фотонов в реакторе в реальной геометрии в рамках многогруппового приближения методом характеристик. Двадцати одна групповая библиотека сечений взаимодействия фотонов с веществом подготовлена из файлов ENDF/B-6. Специальный

программный

модуль

рассчитывает

источники

фотонов

обусловленные реакциями деления ядер нейтронами (мгновенные и запаздывающие), реакциями захвата и рассеяния нейтронов. Этот источник формируется на основе расчетов по программам UNK_CELL и UNK_GRO. В программе UNK_GAM решается кинетическое уравнение переноса фотонов методом характеристик для реальной геометрии расчетной области. Результатом расчета являются:, групповые распределения фотонов по всему расчетному объему, поле энерговыделения, обусловленное взаимодействием фотонов с веществом. Программа UNK_BURN- программа расчета выгорания топлива. Эта программа проводит расчет выгорания изотопов на временном шаге. Программа имеет библиотеку выходов продуктов деления, полученную из файлов ENDF/B для 196 осколков. Для них используются кумулятивные выходы продуктов деления, включающие и распад коротко живущих осколков предшественников. Расчет выгорания проводится следующим образом. Из расчетов по программе UNK_Cell получаются групповые микросечения всех изотопов в материалах реактора. Из расчетов по программе UNK_GRO получаются групповые потоки нейтронов в каждой из регистрационных зон, состоящих из выгорающего материала. На основе этой информации в каждой регистрационной зоне рассчитываются скорости реакций и решаются уравнения выгорания на данном временном шаге. Далее эти новые концентрации изотопов используются для расчета нового состояния элементарных ячеек и реактора на следующем временном шаге. Такой алгоритм расчета подробно моделирует процесс выгорания с учетом местоположения материала в реакторе, позволяет подробно проанализировать реальные схемы перегрузок (или скорости циркуляции расплавно-солевого) топлива. Все перечисленные выше программы объединены в единый комплекс, результатом расчетов которого являются: распределение полей нейтронов и фотонов в реакторе, энерговыделение, обусловленное как реакциями деления ядер, так и фотонами,

3

энерговыделение, энерговыделение).

4

обусловленное

радиоактивным

распадом

изотопов

((3

и

а

Správa úložišť radioaktivních odpadů Dlážděná 6, 110 00 Praha 1 Tel. 221 421 511 E-mail: [email protected] www.surao.cz