Разработка и изготовление комплекса установок для материаловедческих испытаний облучённых материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов в условиях горячих камер​

Выполнение работ по теме:

«Разработка и изготовление комплекса установок для материаловедческих испытаний облучённых материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов в условиях горячих камер», выполняемой по Соглашению № 14.578.21.0258 от 26.09.2017 г. с Минобрнауки России.

 

Индустриальный партнёр:

АО «Институт реакторных материалов», г. Заречный, Свердловской обл.

Цель проекта:

  • разработка и создание комплекса оригинальных экспериментальных установок для исследовательских испытаний облучённых материалов и элементов конструкций реакторов нового поколения с перспективными видами ядерного топлива, в том числе БН и БРЕСТ, в условиях горячих камер, отличающихся высокой точностью, простотой и надёжностью в эксплуатации при безусловной радиационной безопасности производственного персонала;
  • создание методического и инструментального обеспечения гарантии качества и пополнение базы данных о материалах новых типов твэлов с перспективными видами ядерного топлива и элементов конструкции ядерных реакторов на быстрых нейтронах нового поколения для повышения их надёжности и эффективности при одновременном увеличении сроков эксплуатации;
  • разработка и создание комплекса, включающего экспериментальный образец высокотемпературный установки для измерения упругих характеристик и внутреннего трения образцов, экспериментальный образец спектроскопической установки для исследований физико-механических свойств оболочек твэлов, экспериментальный образец ультразвуковой установки для контроля коррозионных повреждений отрезков оболочек отработанных твэлов и экспериментальный образец вихретоковой установки для контроля дефектности оболочек отработанных твэлов.

Создание такого комплекса будет способствовать реализации направления «Модернизация существующей и создание новой экспериментально-стендовой базы для обоснования физических принципов, проектно-конструкторских решений, анализа и обоснования реализации основных научно-технологических решений инновационной атомной энергетики» стратегической программы исследований, осуществляемых Технологической платформой «Замкнутый ядерно-топливный цикл с реакторами на быстрых нейтронах».

 

Основные результаты 1 этапа работ:

Проведены аналитические обзоры современной научно-технической, нормативной и методической литературы по вопросам производства и эксплуатации материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов, включая реакторы на быстрых нейтронах (БН, БРЕСТ), а также по методам и средствам для исследовательских испытаний облучённых материалов и элементов конструкций ядерных реакторов в условиях горячих камер.

Проведены теоретические исследования путей создания экспериментальных образцов ультразвуковых и вихретоковых установок для исследовательских испытаний облучённых материалов, оболочек твэлов и элементов конструкций ядерных реакторов в условиях горячих камер.

Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р15.011-96 по обоснованию и выбору направления разработок оптимальных вариантов экспериментальных образцов установок для исследовательских испытаний облучённых материалов и элементов конструкций ядерных реакторов в условиях горячих камер. В процессе патентного поиска с глубиной ретроспективы 10 лет (2007-2017гг.) было просмотрено 36 патентов в области «Способы испытаний в условиях горячих камер» и 46 патентов в области «Устройства испытаний в условиях горячих камер» по ведущим странам мира. Было установлено, что тема ПНИЭР патентоспособна, при этом выделены 4 патента из России, которые могут рассматриваться в качестве аналогов.

Индустриальным партнером проведены исследования по обоснованию и выбору аналитического оборудования для проведения работ по исследовательским испытаниям облучённых материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов в условиях горячих камер. А также намечены пути модернизации методов и технологий для исследовательских испытаний облучённых материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов в условиях горячих камер.

 

Основные результаты 2 этапа работ:

Разработаны программы и методики экспериментальных исследований для комплекса экспериментальных установок для материаловедческих испытаний облученных материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов в условиях горячих камер. Комплекс включает экспериментальные образцы следующих установок:

  • высокотемпературная установка для измерения упругих характеристик и внутреннего трения образцов;
  • спектроскопическая установка для исследований физико-механических свойств оболочек твэлов;
  • ультразвуковая установка для контроля коррозионных повреждений отрезков оболочек отработанных твэлов;
  • вихретоковая установка для контроля дефектности оболочек отработанных твэлов.

Разработаны программная документация на программное обеспечение и эскизная конструкторская документация для изготовления экспериментальных образцов установок.

Особенностью алгоритмов работы программного обеспечения и пользовательского интерфейса то, что они позволяют обеспечивать измерение характеристик облучённых оболочек твэлов в автоматическом и полуавтоматическом режиме.

По эскизной конструкторской документации изготовлены образцы установок для материаловедческих испытаний. Изготовлены электронные блоки для управления установками и обработки результатов измерений параметров отрезков оболочек твэлов. Блоки смонтированы и подключены к установкам, а также сопряжены с персональными компьютерами.

Экспериментальные образцы установок подготовлены для проведения исследований на соответствие требованиям технического задания.

Индустриальным партнёром проведены исследования и обобщение данных о степени и видах дефектов, коррозионных повреждениях и деградации физико-механических свойств материалов и элементов конструкций перспективных ядерных реакторов в эксплуатационных условиях.

По обобщённым данным о степени и видах дефектов материала оболочек твэлов из сталей ЧС-68, ЭК-164 и ЭП-450 реактора БН-600 установлено, что основными дефектами, влияющими на свойства и работоспособность твэлов, являются:

  • формоизменение, обусловленное преимущественно распуханием;
  • коррозионные повреждения оболочек со стороны топливной композиции;
  • охрупчивание и снижение прочности материала;
  • деградация физико-механических свойств материала оболочки.

Полученные результаты использованы оптимизации технических характеристик разрабатываемых установок.

Индустриальным партнёром разработаны и изготовлены тестовые образцы для испытания установок на соответствие требованиям технического задания.

 

Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

  1. Поданы две заявки в Федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности» на государственную регистрацию программы для ЭВМ:
    • программное обеспечение экспериментального образца высокотемпературной установки для измерения упругих характеристик и внутреннего трения образцов;
    • программное обеспечение экспериментального образца спектроскопической установки для исследований физико-механических свойств оболочек твэлов.
  2. Режим «коммерческая тайна» «Методика выполнения измерений глубины локальной коррозии и толщины стенки отрезков оболочек твэл». (Приказ НИЯУ МИФИ от 21.12.2018 г. № 355/1-3 Об отнесении информации к коммерческой тайне университета).
  3. Режим «коммерческая тайна» «Методика выполнения измерений характеристик упругости материала оболочек твэл» (Приказ НИЯУ МИФИ от 21.12.2018 г. № 355/2-3 Об отнесении информации к коммерческой тайне университета).
33