Закономерности выгорания изотопа 10B в карбиде бора стержней аварийной защиты ядерных реакторов ВВЭР-1000 и БН-600

• Автор: Евсеев, Леонид Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР (постановка задачи)

1.1. Изменение элементно-изотопного состава поглощающих элементов на основе карбида бора в ядерных реакторах
1.2. Методы исследования выгорания изотопа |0В в поглощающих элементах на основе карбида бора
1.3. Аналитические возможности метода вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) при его использовании для исследования выгорания изотопа 10В в поглощающих материалах на основе карбида
бора

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристики исследуемых образцов

2.2. Методы исследования

Глава 3. ВЫГОРАНИЕ ИЗОТОПА 10В В КАРБИДЕ БОРА СТЕРЖНЕЙ АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА ВВЭР-1000
3.1. Одномерный анализ изотопного состава поглощающего сердечника после эксплуатации в течение 1804 эффективных суток
3.2. Двухмерный анализ изотопного состава поглощающего сердечника
после эксплуатации в течение 1804 эффективных суток
Глава 4. ВЫГОРАНИЕ ИЗОТОПА |0В В КАРБИДЕ БОРА СТЕРЖНЕЙ АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА БН
4.1. Исследования таблеток после эксплуатации в течение 320 эффективных суток
4.2. Исследования таблеток после эксплуатации в течение 480 эффективных суток
4.3. Исследования таблеток после эксплуатации в течение 520 эффективных суток
4.4. Расчетная модель выгорания изотопа 10В в различных секторах таблеток из В4С

Выводы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Надёжная и безопасная эксплуатация ядерных реакторов во многом зависит от эффективной работы стержней управления и защиты (СУЗ) с поглощающими нейтроны материалами.
В настоящее время в стержнях СУЗ ядерных реакторов на тепловых и быстрых нейтронах наиболее широко используется карбид бора. Это обусловлено его высокой эффективностью поглощения нейтронов в широком спектре энергий, высокой температурой плавления (2240° С), низкой физической плотностью (2,4—2,5 г/см3), технологичностью изготовления, низкой наведённой активностью и сравнительно невысокой стоимостью [1,2].
При захвате изотопом 10В нейтрона образуются два новых изотопа (элемента) - 71л и 4Не с выделением большого количества энергии (2,78 МэВ). Таким образом, происходит выгорание изотопа |0В со снижением физической эффективности стержней СУЗ и накопление твёрдых и газообразных продуктов ядерных реакций, от содержания которых зависит радиационная стойкость и время эксплуатации изделий.
Существовавшие в России на момент проведения настоящей работы расчетные и экспериментальные методы определения выгорания были недостаточны для решения фундаментальных проблем, связанных с природой радиационных процессов в карбиде бора на микроуровне, так как они не обладали необходимой локальностью и, в основном, определяли только общее выгорание изотопа 10В в достаточно больших объёмах материала, что определило выбор метода вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) для экспериментальных исследований изотопного состава облучённых поглощающих материалов на основе карбида бора.
Изучение закономерностей локального выгорания, полученных с микроразрешением по различным пространственным сечениям сердечников поглощающих элементов, облученных в различных спектрах нейтронов, необ-

Анализ литературных данных по теме диссертации показывает, что:
— выгорание изотопа 10В в поглощающих материалах на основе карбида бора является важной характеристикой эксплуатационных свойств изделий из карбида бора, применяемых в различных энергетических реакторах;
— аналитические возможности метода ВИМС хорошо соответствуют задаче экспериментального определения изотопного состава поглощающих материалов на основе карбида бора с микронным разрешением, что необходимо для уточнения расчётов их выгорания и оптимизации условий их эксплуатации;
— массив накопленных к моменту начала данной работы экспериментальных данных по локальному выгоранию изотопа 10В в отечественных реакторах на тепловых и быстрых нейтронах крайне мал, а сами данные иногда противоречат друг другу.
Это определило актуальность исследования закономерностей выгорания поглощающих элементов на основе карбида бора различных энергетических реакторов методом ВИМС, для чего были необходимы разработка и развитие как методик линейного (одномерного) анализа для исследования поглощающих: материалов, так и методик двухмерного анализа, использование которых, возможно, позволило бы сократить временные и экономические затраты на проведение подобных исследований, что также являлось одной из задач данной работы.
В то же время из литературных данных стали очевидны и определённые технические требования, предъявляемые к ВИМС-установке, используемой для проведения одномерного и двухмерного анализа облучённых поглощающих элементов. Наиболее важные из них:
— диаметр ионного зонда, который должен обеспечивать достаточное разрешение при проведении линейного анализа и записи ионных изображений;