vestnikmephiВестник НИЯУ МИФИVestnik natsional'nogo issledovatel'skogo yadernogo universiteta "MIFI"2304-487XNational Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/vestnik.2024.329NTOWNGvestnikmephi-329Research ArticleТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКАTHEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICSРАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОБЛУЧАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ МИКРОСФЕРИЧЕСКОГО ТОПЛИВА В РЕАКТОРЕ СМ-3 ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЫХОДА ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯDESIGN-BASIS JUSTIFICATION OF AN IRRADIATION RIG DESIGN TO TEST MICRO-SPHERICAL FUEL IN THE SM-3 REACTOR TO DETERMINE THE FISSION GAS RELEASEКаплинаМ. С.KaplinaM. S.marabond21@mail.ruКалининаН. К.KalininaN. K.kalinina.nat@gmail.ruМарихинН. Ю.MarikhinN. Yu.nyumarikhin@niiar.ruМоисеевВ. С.MoiseyevV. S.vitaliy.moiseev.2016@mail.ruДрегановО. И.DreganovO. I.sokratik9@yandex.ruДимитровградский инженерно-технологический институт, филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (Московский инженерно-физический институт); АО «ГНЦ НИИАР» (Государственный научный центр – научно-исследовательский институт атомных реакторов)РоссияDimitrovgrad Engineering and Technology Institute-branch of the National Research Nuclear University MEPhI; JSC «SSC RIAR» (State Scientific Center - Research Institute nuclear reactors)Russian FederationАО «ГНЦ НИИАР» (Государственный научный центр – научно-исследовательский институт атомных реакторов)РоссияJSC «SSC RIAR» (State Scientific Center - Research Institute nuclear reactors)Russian Federation202424062024133133141Copyright © Каплина М.С., Калинина Н.К., Марихин Н.Ю., Моисеев В.С., Дреганов О.И., 20242024Каплина М.С., Калинина Н.К., Марихин Н.Ю., Моисеев В.С., Дреганов О.И.Kaplina M.S., Kalinina N.K., Marikhin N.Y., Moiseyev V.S., Dreganov O.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnikmephi.elpub.ru/jour/article/view/329

Одним из инновационных проектов реакторов IV поколения является высокотемпературный газоохлаждаемый реактор, который способен вырабатывать тепло с температурой теплоносителя до 950–1000 °С, что позволяет получать водород и другие полезные продукты без выбросов CO2. Отличительная особенность таких реакторов – использование микротвэлов, диспергированных в графитовой матрице – топливном компакте. Для промышленного внедрения высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов необходимо провести исследование надежности и работоспособности их компонентов. Поэтому одной из задач является исследование топливных компактов (ТК) с микросферическим топливом. Для решения этой задачи необходимо провести реакторные испытания и послереакторные исследования топливных компактов с микротвэлами. Для проведения реакторных испытаний ТК в среде гелия требуется разработать ампульное облучательное устройство, которое позволит производить отборы проб газовой среды из полостей с ТК для проведения анализа динамики выхода продуктов деления из микротвэлов. В работе представлено обоснование конструкции облучательного устройства для проведения реакторных испытаний топливных компактов с микросферическим топливом с возможностью оперативного анализа радиоизотопного состава газовой среды, в которой размещены топливные компакты, с помощью полупроводниковых гамма-спектрометров.

One of the innovative projects of Gen- IV reactors is a high-temperature gas-cooled reactor able to generate heat with a coolant temperature of up to 950–1000 °C, which makes it possible to produce hydrogen and other useful products without CO2 emissions. A distinctive feature of such reactors is the use of micro fuel rods dispersed in a graphite matrix, a fuel compact (FC). The commercialization of high-temperature gas-cooled reactors requires the reliability and performance of their components to be confirmed. Therefore, one of the tasks is to study fuel compacts with micro-spherical fuel (MF). To address this task, reactor tests and post-irradiation examinations of fuel compacts with micro fuel rods shall be performed. To test fuel compacts in a helium environment, a capsule-type irradiation rig shall be designed that allows sampling of the gas environment from cavities with fuel compacts to analyze the FGR dynamics. The paper presents a rationale for the irradiation rig (IR) design to conduct reactor tests of fuel compacts with micro-spherical fuel with the possibility of real-time analysis of the radioisotope composition of the gas environment where the fuel compacts are located using semiconductor gamma spectrometers.

микротвэлтопливный компактматричный графитсредняя плоскость активной зонымикротвэлыреактор СМ-3сосуд Маринеллипродукты деленияреакторы IV поколенияатомная энерготехнологическая станцияоблучательное устройствоmicro fuel rodfuel compact (FC)matrix graphitecore mid-plane (CMP)micro-spherical fuel (MF)reactor SM-3Marinelli vesselfission gasGen- IV reactorsnuclear power engineering plant (NPEP).ReferencesПономарёв-Степной Н.Н. Атомно-водородная энергетика // Вестник Российской академии наук, 2021. Т. 91. № 5. С. 484–498.Ponomarev-Stepnoy N.N. Atomno-vodorodnaya ener¬getika [Atomic-hydrogen energy]. Vestnik Rossijs-koj akademii naukАтомно-водородная энергетика, 2021. Vol. 91. No. 5. Pp. 484–498 (in Russian).Каплина М.С., Калинина Н.К., Марихин Н.Ю., Громов М.О., Головко Г.А., Нагайцев В.Г., Фи¬ли¬монов А.Е., Моисеев В.С., Дреганов О.И. Исследо¬вание выхода газообразных продуктов деления из топливных компактов. Научный годовой отчет АО «ГНЦ НИИАР» (отчет об основных исследова-тельских работах, выполненных в 2022 г.) / Под общей ред. д-ра техн. наук, проф. В.В. Калыгина. Димитровград: АО «ГНЦ НИИАР», 2023. 296 с.Kaplina M.S., Kalinina N.K., Marikhin N.Yu., Gromov M.O., Golovko G.A. , Nagaitsev V.G., Filimonov A.E., Moiseev V.S., Dreganov O.I. Issledovanie vyhoda gazoobraznyh produktov deleniya iz toplivnyh kompaktov. [Study of fission gas release from fuel compacts]. Nauchnyj godovoj otchet AO “GNC NIIAR” (otchet ob osnovnyh issledovatel'skih rabotah, vypolnennyh v 2022 g.) / Pod obshchej red. d-ra tekhn. nauk, prof. V.V. Kalygina.[Scientific Annual Report of RIAR JSC (Report on the main research activities performed in 2022) / under the ed. of Prof. V.V. Kalygin]. Dimitrovgrad, RIAR JSC, Publ., 2023. 296 p. (in Russian).Марихин Н.Ю. Комплекс программных средств на базе прецизионного кода для расчетов нейтронно-физических параметров эксплуатации реактора СМ: Диссертация… канд. физ.-мат. наук. Димитровград, 2011. 135 с.Marikhin N.Yu. Kompleks programmnyh sredstv na baze precizionnogo koda dlya raschetov nejtronno-fizicheskih parametrov ekspluatacii reaktora SM. Diss. k.fiz.-mat. nauk [A set of software tools based on a precision code for calculating the neutronic parameters of the SM reactor operation. PhD Thesis in Physics and Mathematics]. Dimitrovgrad, 2011. 135 p.Гомин Е.А. Статус MCU-4 // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Физика ядерных реакторов», 2006. Вып. 1. С. 6–32.Gomin E.A. Status MCU-4 [MCU-4 status]. Voprosy atomnoj nauki i tekhniki. Seriya «Fizika yadernyh reaktorov», 2006. Iss. 1. Pp. 6–32 (in Russian).Чиркин В.С. Теплофизические свойства мате-риалов ядерной техники. М.: АТОМИЗДАТ, 1968. 484 с.Chirkin V.S. Teplofizicheskie svojstva materialov yadernoj tekhniki [Thermophysical Properties of Nuclear Engineering Materials]. Moscow, Atomizdat Publ, 1968. 484 p.Кириллов П.Л., Терентьева М.И., Дениски-на Н.Б. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: учебное справочное пособие для студентов / Под общ. ред. проф. П.Л. Кириллова; 2 е изд., перераб. и доп. М.: ИздАт, 2007. 200 с.Kirillov P.L., Terentyeva M.I., Deniskina N.B. Teplofizicheskie svojstva materialov yadernoj tehniki: uchebnoe spravochnoe posobie dlya studentov / Pod obsh. red. prof. P.L. Kirillova. [Thermophysical Properties of Nuclear Engineering Materials: Educational Reference Guide for Students / Under the general. ed. prof. P.L. Kirillova]. Moscow, IzdAt Publ., 2007. 200 p.Каплина М.С., Калинина Н.К., Ильиных Г.А., Марихин Н.Ю., Моисеев В.С. Теплофизический расчет облучательного устройства для облучения топливных компактов в реакторе СМ-3 // Сборник докладов XXII Международной конференции моло-дых специалистов по ядерным энергетическим установкам 13–14 апреля 2022 г. Подольск: АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2022. С. 256–263.Kaplina M.S., Kalinina N.K., Ilinykh G.A., Marikhin N.Yu., Moiseyev V.S. Teplofizicheskij raschet obluchatelnogo ustrojstva dlya oblucheniya toplivnyh kompaktov v reaktore SM-3 [Thermophysical Calculation of An Irradiation Device for Irradiating Fuel Compacts in the SM-3 Reactor]. Sbornik dokladov XXII Mezhdunarodnoj konferencii molodyh specialistov po yadernym energeticheskim ustanovkam 13-14 aprelya 2022 g. [Proc. of the XXII International Conference of Young Specialists on Nuclear Power Plants April 13–14, 2022]. Podolsk, JSC OKB «GIDROPRESS» Publ., 2022. Pp. 256–263 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.