Источник нейтронов, основанный на подкритической сборке, управляемой линейным ускорителем электронов

«УТВЕРЖДАЮ»

Генеральный директор ННЦ ХФТИ

________________ И.М.Неклюдов

Зам.генерального директора ННЦ ХФТИ

И.М.Карнаухов

Главный инженер ННЦ ХФТИ

М.В.Сосипатров

Директор ИФТТМ и Т

В.М.Ажажа

Директор ИФВЭ и ЯЭ

А.Н.Довбня

Директор НТК ЯТЦ

В.С.Красноруцкий

Нач. ЛАБЛ НТК ЯТЦ

В.З.Байдуллин

АС

Атомная станция

ИС

Исходное событие

ИЯУ

Исследовательская ядерная установка

НТД

Нормативно-технический документ

ПКС

Подкритическая сборка

РО

Регулирующий орган СУЗ

СУЗ

Система управления и защиты

ТВС

Тепловыделяющая сборка

ТВЭЛ

Тепловыделяющий элемент

ЯТ

Ядерное топливо

Параметр

Значение

Линейный ускоритель электронов

Рабочая частота ускорителя, МГц

2856^*

Тип колебаний ускоряющей структуры 

2p/3

Количество ускоряющих секций

6

Длина ускоряющей секции (5 шт), м

4,3

Длина компенсационной секции (1 шт), м 

2

Полная длина ускорителя, м

27

Электронный пучок

Энергия электронов, МэВ

100

Импульсный ток электронного пучка, А

0.72

Частота посылок тока, Гц

300

Длительность импульса пучка, мкс

3

Энергетический разброс, %

1

Нормализованный эмиттанс пучка e_rms, мм·мрад

16,8

Средняя мощность электронного пучка, кВт 

100

Мощность электропитания систем ускорителя

Мощность, потребляемая квадруполями ускоряющих секций (8 шт), кВт

8

Мощность, потребляемая соленоидом первой секции, кВт 

25

Мощность, потребляемая магнитными элементами дебанчера (4 магнита), кВт

2,8

Мощность, потребляемая квадруполями дебанчера (3 шт), кВт

3

Энергопотребление системы управления без учета подсистемы УБС модуляторов  и подсистемы питания магнитных  элементов, не более, кВт

135

Мощность, потребляемая модуляторами

ВЧ питания ускорителя, кВт

750

Система термостатирования (насосы), кВт

7,5

Система охлаждения, кВт

14

Вентиляторы градирни, кВт

6

Насосы градирни, кВт

20

Нагреватели системы термостатирования  секций, кВт

78

Приточно-вытяжная вентиляции, кВт

28

Суммарная мощность, потребляемая ускорителем, кВт

~ 1100

Канал транспортировки  пучка электронов от ускорителя к мишени

Мощность электропитания канала транспортировки

Поворотные дипольные магниты (6 шт), кВт

56

Квадрупольные линзы (10 шт), кВт

3.17

Октупольные линзы (2 шт), кВт

0.052

Система вакуумной откачки (12 насосов), кВт

6

Диагностика пучка, устройства управления и защиты, кВт

2

Система водоохлаждения электромагнитных элементов, кВт

23

В том числе:                                  вентиляторы градирни, кВт

3

                                                        насосы градирни, кВт

20

Приточно-вытяжная вентиляции, кВт

15

Суммарная мощность, потребляемая каналом  транспортировки, кВт

~ 105

Параметр

Значение

Материал мишени

Вольфрам или природный уран

Размеры

Набор из 12 квадратных пластин 66´66 мм

Толщины урановых пластин без  защитной оболочки

3; 2.5; 2.5; 2.5; 3; 3; 4; 5; 7; 10; 14; 22.5 мм

Толщина защитной алюминиевой оболочки пластин

0.7 мм с каждой стороны пластины, за исключением пластин толщиной 2.5 мм с оболочкой 0.95 мм

Величина зазора между пластинами для протока теплоносителя

1.75 мм

Полная толщина набора урановых пластин

Не более 80 мм

Максимальная температура поверхности  пластин при протоке теплоносителя

Не более 90°С

Вакуумное окно для вывода пучка

Пластина из алюминиевого сплава толщиной  2 мм

Материал корпуса мишенной сборки

Алюминиевый сплав

Масса мишени в сборке

Не более 20 кг

Электронопровод

Корпус сборки-мишени - труба квадратного  сечения из алюминиевого сплава с  внутренними размерами

66 мм ´ 66 мм и толщиной стенки 2 мм

Масса природного урана в мишени

6,54 кг

Выход нейтронов

Максимальный,  усреднённый по времени, выход нейтронов из урановой мишени

4,5·10¹⁴ н/с

Доля нейтронов,эмитируемых в  радиальном направлении

~ 70 %

Энерговыделение

Распределение плотности тока в  плоскости мишени

Приблизительно равномерное

Максимальная объемная плотность энерговыделения в мишени

Не более 1500 Вт/см³

Средняя поверхностная плотность  энерговыделения, кВт/см²

2.3

Теплогидравлические характеристики

Теплоноситель

Деионизованная вода

Расход воды

300…500 л/мин

Температура воды на входе мишени

20…30°С

Температура воды на выходе мишени

25…35°С

Перепад температур

Не более 5°С

Давление воды на входе мишени

0.41  МПа (4 атм)

Давление воды на выходе мишени

атмосферное

Перепад давлений на мишени

Не более 0.1 МПа

Технические характеристики оборудования контура охлаждения мишени (в том числе электропитание)

Главный насос – 2 шт. (один в работе)

3,75 кВт

Теплообменник – 2 шт. (один в работе)

110 кВт

Рекомбинатор 

Объём -  500 литров

Деминерализатор

40 литров/мин

Ёмкость для осушения

Объём -  500 литров

Фильтр №1

Площадь поверхности - 1.5 м²

Перепад давления DP = 11 кПа при расходе 70 литров/мин

Фильтр №2

Площадь поверхности - 1.5 м²

Перепад давления DP = 14 кПа при расходе 190 литров/мин

Устройство смены мишени (требования)

Дистанционно управляемый кран грузоподъёмностью не менее 100 кг

Параметр

Значение

Активная зона

Максимальный эффективный коэффициент  размножения нейтронов (k_eff)_max

≤0,98

Топливо

Диоксид урана (UO₂) в алюминиевой матрице

Степень обогащения урана изотопом U²³⁵,   %

19,7

Тип топливной сборки (ТВС)

ВВР-М2

Плотность топлива, г/см³

2,7

Количество ТВС в активной зоне, шт.

35*

Внутренний диаметр активной зоны, см

8.08*

Внешний диаметр активной зоны, см

28.3*

Высота активной зоны, см

60

Масса обогащённого урана в топливе  активной зоны, г

8750^*

Масса делящегося изотопа U²³⁵ в топливе активной зоны, г

1750^*

Максимальная мощность тепловыделения в активной зоне в результате деления ядер, кВт

Не более  260

Максимальная мощность тепловыделения в топливной сборке, кВт

Не более  10

Максимальное полное тепловыделение в подкритической сборке (диссипация энергии пучка+деление ядер), кВт

Не более 360

Максимальная температура поверхности ТВЭЛ'ов в режиме циркуляции теплоносителя, °С

Не более  80

Отражатель нейтронов

Материал радиального отражателя

Графит плотностью r=2.3 г/см³

Внутренний диаметр радиального отражателя, мм

не менее 245*

Внешний диаметр радиального отражателя, см

Высота радиального отражателя, мм

612*

Масса графита в радиальном отражателе, кг

не более 1802*

Максимальная мощность тепловыделения в радиальном отражателе (поглощение нейтронов и g-квантов), кВт

Не более  20

Аксиальные (торцевые) отражатели нейтронов

Слой теплоносителя (H₂O) толщиной 500 мм*

Теплоноситель/замедлитель

Материал теплоносителя/замедлителя

Деминерализованная и деионизированная легкая вода (H₂O)

Температура теплоносителя/замедлителя на входе, °С

30

Температура теплоносителя/замедлителя на выходе, °С

35

Давление теплоносителя/замедлителя, МПа

0,1

Расход теплоносителя/замедлителя, м³/ч

58

Нейтронные каналы

Количество горизонтальных экспериментальных  каналов

12

Количество вертикальных экспериментальных  каналов

4

Материал каналов

Алюминиевый сплав 

Количество каналов контроля нейтронного  потока (диагностика k_eff)

4

Радиационная (биологическая) защита

Материал  защиты

Тяжёлый бетон r=4,8 г/см³, слой теплоносителя (H₂O) толщиной 50 см^*

Внутренний диаметр бетонной защиты, мм

2100^*

Внешний диаметр бетонной защиты, мм

5740^*

Толщина бетонной защиты, мм

1820^*

Высота бетонной защиты, мм

3500^*

Максимальная мощность дозы ионизирующего  излучения на внешней границе  радиационной защиты,  мкЗв/ч

Не более 5

Нейтронно-физические характеристики

Максимальная интегральная плотность  потока нейтронов в активной зоне, н/см²·с

2,4·10¹³

Максимальная интегральная плотность  потока нейтронов на внутренней границе  радиального отражателя, н/см²·с

2·10¹³

Максимальная плотность потока нейтронов в активной зоне в спектральном интервале Е_n ≤ 0.1 МэВ, н/см²·с

1.5·10¹³

Максимальная плотность потока быстрых нейтронов (Е_n > 0.1 МэВ) в активной зоне, н/см²·с

1.3·10¹³

Максимальная интегральная плотность  потока нейтронов на внешней границе радиального отражателя, н/см²·с

1.6×10¹²

Компоновка  подкритической сборки:

Элементы и узлы подкритической сборки монтируются в цилиндрическом баке из алюминиевого сплава САВ-1, окружённого  радиационной защитой из тяжёлого бетона. Бак (бассейн) заполнен теплоносителем. Ориентировочные размеры корпуса бака: внутренний диаметр-2100 мм^*, высота-2600 мм^*.

* Значения параметров могут уточняться в процессе опытно-конструкторской разработки источника нейтронов