Исследования в обоснование научно-технических решений конструкции жидкометаллических мишеней ускорительно-управляемых систем

На правах рукописи

Мелузов Александр Георгиевич

ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБОСНОВАНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ КОНСТРУКЦИИ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ

МИШЕНЕЙ УСКОРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЕМЫХ СИСТЕМ

05.04.11 – Атомное реакторостроение, машины, агрегаты

и технология материалов атомной промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород 2007

Работа выполнена на кафедре «Атомные, тепловые станции и медицинская инженерия» Нижегородского государственного технического университета.

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Ефанов Александр Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

;

кандидат технических наук, профессор

.

Ведущая организация –

Защита состоится _____________ 2007г. на заседании диссертационного совета Д.212.165.03 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24, корп. 5, ауд. 5232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета.

Автореферат разослан ________________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Дмитриев С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Среди комплекса проблем, связанных с созданием ускорительно-управляемых систем, одной из основных задач является разработка научно-технических основ для проектирования жидкометаллических мишеней, обеспечивающих работу с ускорителями большой мощности (1 МВт и более), при требуемых характеристиках нейтронного поля, требуемых температурных характеристиках и заданном ресурсе. В настоящее время в мире отсутствует практический опыт создания и эксплуатации мишеней большой мощности, в частности, с применением в качестве размножающего нейтроны вещества тяжелых жидкометаллических теплоносителей (ТЖМТ – свинца и эвтектического сплава свинец-висмут). Высокий выход нейтронов (около 20 на один акт взаимодействия) под действием потока высокоэнергетических протонов, сравнительно малое сечение поглощения нейтронов, радиационная стойкость, возможность отводить высокотемпературное тепло при высокой удельной энергонапряженности и низком давлении позволяют рассматривать в качестве перспективных тяжелые жидкометаллические теплоносители.

В нашей стране работы по исследованиям, направленным на создание таких установок были начаты и проводятся в Институте теоретической и экспериментальной физики, в Физико-энергетическом институте, в ОКБМ “Гидропресс” и в Нижегородском государственном техническом университете.

Цель работы:

Конечной целью настоящей работы является разработка, на основе экспериментальных и теоретических исследований, научно-технических основ организации проточной части жидкометаллической мишени, сообщенной с полостью ускорителя, а так же рекомендации по принципиальным научно-техническим решениям контура такой мишени и мишенного контура.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

- Создание экспериментальных стендов, моделей мишеней и проведение исследований гидродинамических характеристик проточной части полномасштабных жидкометаллических мишеней на водяном теплоносителе с вертикальным и горизонтальным расположением осей моделей.

- Создание экспериментального стенда и проведение исследований условий незатекания теплоносителя в имитатор патрубка подвода частиц от ускорителя частиц.

- Создание экспериментальных стендов со свинец-висмутовым теплоносителем, моделей мишеней и исследование гидродинамических характеристик и условий незатекания эвтектики в имитатор патрубка подвода частиц от ускорителя при вертикальном и горизонтальном размещении оси модели.

- Создание экспериментальных установок и проведение исследований процесса массопереноса паров свинца в полости мишени.

- Теоретический и расчетный анализ условий незатекания теплоносителя в полость ускорителя.

Научная новизна работы:

В результате проведенных исследований и использования созданных моделей экспериментальных стендов, установок и методик:

- на полномасштабных водных моделях жидкометаллических мишеней получены зависимости характеристик проточной части мишени от величины угла закрутки потока, расположения оси мишени, величины противодавления, значения локальных скоростей: послуживших основой для создания мишеней для испытаний их в среде ТЖМТ;

- теоретическим и расчетным анализом и экспериментальными исследованиями определены условия незатекания теплоносителя в полость ускорителя частиц, контактирующую с рабочей полостью жидкометаллической мишени;

- на полномасштабных моделях жидкометаллических мишеней на эвтектическом сплаве свинец-висмут в условиях рабочих температур, скоростей и давлений, с расходами до 80,0103 кг/час при вертикальном и горизонтальном расположениях осей мишени исследованы характеристики проточных частей мишеней.

Практическая ценность:

- Предложены и экспериментально обоснованы рекомендации по техническим решениям проточной части жидкометаллической мишени, самой конструкции мишени и мишенного контура.

- Предложены и обоснованы научно-технические рекомендации по исключению поступления жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя элементарных частиц при нормальной работе и при аварийных ситуациях.

- Предложены варианты схемно-конструктивных технических решений жидкометаллических мишеней и мишенного контура, защищенные тремя патентами и четырьмя авторскими свидетельствами РФ (в соавторстве).

На защиту выносятся:

- Результаты экспериментальных исследований гидродинамических характеристик проточной части, на полномасштабных моделях жидкометаллических мишеней на воде.

- Результаты теоретического анализа, расчетных и экспериментальных исследований условий незатекания жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя экспериментальных частиц, сообщенную с полостью мишени.

- Результаты экспериментальных исследований гидродинамических характеристик проточной части вариантов конструкции мишени с вертикальным и горизонтальным расположением осей, при рабочих условиях в проточной части мишени.

- Результаты исследований массопереноса и отложений теплоносителя в полости жидкометаллической мишени.

- Рекомендации по научно-техническим решениям проточной части жидкометаллической мишени, конструкции мишени в целом и мишенного контура.

Степень обоснованности научных положений и рекомендаций, сформированных в диссертации:

Достоверность полученных научных положений и рекомендаций, сформулированных в диссертации подтверждается:

- выполнением исследований с использованием современных стендов, методик и современных (компьютерных) методов сбора и обработки информации;

- полномасштабными испытаниями рекомендуемых научно-технических решений в условиях рабочих скоростей, расходов, температур и давлений жидкометаллического теплоносителя;

- защитой предлагаемых научно-технических решений авторскими свидетельствами и патентами РФ.

Апробации работы и публикации:

Материалы работы докладывались и обсуждались на ежегодных Международных и отечественных конференциях по теплофизике и по проблемам жидкометаллических теплоносителей в г. Обнинске в 1999, 2001, 2002, 2003 годах, публиковались на международных конференциях в США (2002 году), Словакии (2000 г.), в журналах “Атомная энергия” в 1997, 1998, 1999, 2000 годах, “Вопросы атомной науки и техники” в 1999 году, на семинаре по расчетам жидкометаллических мишеней июнь-июль 2001 год, на региональных нижегородских сессиях молодых ученых 1998 – 2003 годах.

Основное содержание диссертации изложены в 10 научно-технических отчетах, 19 докладах, в 5 публикациях в журналах, 4 авторских свидетельствах и 3 патентах РФ.

Личный вклад автора:

Автором лично выполнен аналитический обзор, совместно с научным руководителем сформулированы цель и задачи работы. Под руководством автора, автором лично и при непосредственном участии автора созданы экспериментальные стенды и проведены экспериментальные и теоретические исследования условий незатекания теплоносителя жидкометаллической мишени в полость ускорителя заряженных частиц. Автором лично разработаны экспериментальный участок, проведена доработка экспериментального жидкометаллического стенда, программа – методика испытаний и проведены испытания полномасштабной жидкометаллической мишени с вертикальной осью на эвтектическом сплаве свинец-висмут, проведена обработка результатов исследований.

Автором лично, под руководством и при непосредственном участии разработаны программа-методика испытаний, предложен и разработан экспериментальный участок, проведены исследования характеристик жидкометаллической мишени с горизонтальным размещением ее оси на эвтектическом сплаве свинец-висмут, проведена обработка результатов исследований.

Личное участие автора подтверждается публикациями в реферируемых журналах, докладами на международных и отечественных конференциях, авторскими свидетельствами, патентами и научно-техническими отчетами.

В проведении исследований, отраженных в диссертации принимали участие сотрудники кафедры “АТС и МИ” НГТУ д.т.н. профессор Безносов А.В., к.т.н. Давыдов Д.В., к.т.н. Пинаев С.С., зав. лабораториями Серов В.Е., магистры и студенты кафедры “АТС и МИ”, за что автор выражает благодарность.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы составляет 214 страница, XXX рисунков, XX таблиц, списка использованных источников из 44 наименований, в том числе 44 работ автора.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определяются цель и задачи исследования, приводится общая характеристика работы. Приводятся результаты анализа основных вариантов конструкций жидкометаллических мишеней. Необходимость разработки проточной части жидкометаллической мишени и исследование гидродинамических характеристик и условий незатекания эвтектики в имитатор патрубка подвода теплоносителя определила комплекс исследований, конструкторских и экспериментальных работ, изложенных в главах диссертации.

В первой главе приводятся результаты анализа исследований, выполненных конструкторских проработок жидкометаллических мишеней (рисунок 1). Рассматриваются состав жидкометаллической мишени, роль ориентации оси мишени в пространстве. Конструкция проточной части должна исключать вскипание теплоносителя (даже локальное), обеспечивать требуемую геометрию профиля потока нейтронов, обеспечивать максимальный динамический напор на преодоление гидравлического сопротивления мишени и отводящего трубопровода, а также удовлетворять ряду других требований.

Рисунок 1 - Схема жидкометаллической мишени

1 – узел стыковки с ускорителем, 2 – охлаждаемая герметичная перегородка, 3 – ёмкость протечек ЖМТ (только для горизонтального положения), 4 – катушки электромагнитного запирания ионов примесей и ЖМТ, 5 – патрубок подвода ЖМТ, 6 – теплоизоляция, 7 – напорная камера, 8 – лопатки направляющего аппарата, 9 – обрез патрубка подвода частиц, 10 – рабочая полость мишени, 12 – патрубок отвода частиц, 13 – система охлаждения, 14 – задвижка клиновая, 15 – свободная поверхность ЖМТ, 16 – опоры, 17 – бланкет

Приведены результаты анализа и исследований физической модели течения потока в мишени применительно к характеристикам проведенных экспериментальных исследований.

Основной задачей построения модели, описывающей протекающие физические, теплофизические и другие процессы, является оптимизация конструктивных и режимных параметров жидкометаллической мишени на основании корректных расчетных экспериментов. Построение полной корректной физической модели представляется достаточно сложной и вероятно, неразрешимой задачей, экспериментальные исследования и достигаемая при этом оптимизация конструкции мишени и ее параметров, является необходимым этапом создания мишени до отработки мишени в составе ЖМТ контура, совместно с ускорителем частиц и с бланкетом.

В главе рассматриваются элементы, ограничивающие поступление жидкого металла, паров и газов элементов и соединений в направлении полости ускорителя.

Во второй главе приводятся экспериментальные исследования моделей мишени на воде включающие в себя два этапа.

Целью экспериментальных работ по первому этапу являлось исследование гидравлических характеристик модели, определение геометрических характеристик и положения свободной поверхности потока, определение профиля скоростей в объеме мишени.

На втором этапе исследовались условия незатекания теплоносителя в полость имитатора патрубка подвода частиц от ускорителя на упрощенной модели мишени.

Конечной целью испытаний являлось экспериментальное обоснование и оптимизация конструкции проточной части мишени на воде с точки зрения гидродинамических и ряда других характеристик для перехода к следующему этапу отработки конструкции - на теплоносителе свинец-висмут в диапазоне рабочих температур и расходов на стенде ФТ-1 кафедры “АТС и МИ” НГТУ.

Испытания на I этапе проводились последовательно с двумя вариантами конструкции модели - СБ 500 ФТ и СБ 500 АФТ (рисунок 2), различающимися геометрией входа потока в модель. Конструкции основных частей выполнялись из органического стекла для обеспечения возможности визуального наблюдения за структурой потока, а также за свободной поверхностью воды в полости мишени.

Проведенные эксперименты подтвердили возможность формирования свободной поверхности (“воронки”) заданной геометрии в проточной части путем изменения геометрии проточной части и характеристик потока и поддержание патрубка-имитатора подвода частиц в осушенном состоянии при вертикальном положении оси устройства. При горизонтальном расположении оси, вероятно, возможно добиться такого же результата при больших скоростях потока, чем те, при которых проводились испытания.

Рисунок 2 - Модель мишени СБ 500 ФТ

Далее были проведены эксперименты на воде (II этапе), с целью выбора параметров модели и режимов, позволяющих минимизировать или исключить возможность затекания в полость ускорителя тяжелого теплоносителя, обтекающего цилиндрический кольцевой «срез» патрубка подвода частиц от ускорителя.

Целью данных экспериментальных работ, являлось:

- определение условий незатекания в газовую полость имитатора патрубка подвода частиц от ускорителя;

- определение зависимости давления в полости имитатора патрубка подвода частиц от ускорителя от величины скорости и угла закрутки потока в рабочей полости модели мишени, для различных относительных длин кольцевого зазора (L/dэкв);

- определение зависимости давления в полости имитатора патрубка подвода частиц от ускорителя от величины противодавления на выходе из проточной части модели;

- определение зависимости давления в полости имитатора патрубка ускорителя от перепада высот между мишенью и свободным уровнем в сливной емкости;

- разработка рекомендаций для обеспечения выбора геометрии проточной части модели и режимных параметров испытаний модели на свинец-висмутовом теплоносителе в условиях, приближенных к натурным;

Испытания проводились на стенде ФТ-03М (рисунок 3), модель мишени поочередно устанавливалась в вертикальное и горизонтальное положение.

Полученные результаты экспериментальных исследований влияния геометрии проточной части на гидродинамику потока и условия незатекания теплоносителя в полость ускорителя позволяют сделать следующее основные выводы:

- Не был отмечен заброс теплоносителя в полость цилиндрического обтекателя на скоростях от 1 до 3 м/с для обтекателя 29 мм с углом закрутки

Рисунок 3 - Схема экспериментального стенда с вертикально расположенной прозрачной моделью

Подпорный бак Насос Расходомерная шайба Регулирующий напорный вентиль Экспериментальная модель

Сливная емкость Газовый расходомер Перепускной коллектор Сливной патрубок Дифманометр КСД 2-007 Видеокамера

потока 00 и 50 градусов и на скоростях от 1 до 5 м/с с углом закрутки потока 150 при вертикальном положении оси модели; при угле закрутки 150 фиксируются несколько большие значения давления в полости имитатора патрубка мишени, чем при 00 и 50.

- Основными факторами, влияющими на величину давления в обтекателе, являются угол закрутки потока, скорость, высота расположения модели и противодавление.

- При скоростях от 1 до 3 м/с для цилиндрического обтекателя диаметра 29 мм более широкий диапазон условий с незатеканием в полость цилиндрического обтекателя. При скоростях от 1 до 5 м/с наблюдается незатекание с цилиндрическим обтекателем диаметром 29 мм только с углом закрутки потока 150.

В третьей главе представлены результаты исследований характеристик проточной части полномасштабной модели жидкометаллической мишени с вертикальным расположением оси в диапазоне расходов 5-80,0 т/час свинец-висмутового теплоносителя (эвтектического сплава) при температурах 260-400 0С. Исследованию подлежали:

- условия незатекания ТЖМТ в полость патрубка-имитатора подвода частиц от ускорителя;

- эжекционные характеристики проточной части мишени;

- условия формирования, профиль (общая геометрия) и динамическая устойчивость свободной поверхности ЖМТ в рабочем участке мишени.

Для проведения исследований была выполнена реконструкция стенда ФТ-1, на базе которого был создан изотермический стенд ФТ-1 МУУС. Принципиальная схема этого стенда представлена на рисунке 4.

Анализ профиля свободной поверхности ТЖМТ в полости модели мишени (рисунок 5,6) подтверждает выводы о том, что устойчивую свободную поверхность заданной геометрии в полости мишени можно получить при закрутке потока в полости мишени. Вид свободной поверхности теплоносителя при испытаниях моделей на воде и на эвтектическом сплаве свинец-висмут имеет несколько различный характер. При испытаниях на воде полость имела характер “шнура” с относительно малым углом конусности. При испытаниях на ТЖМТ свободная поверхность на выходе из кольцевого зазора близка к конической с небольшим углом конусности.

Рисунок 4 - Принципиальная схема стенда ФТ-1МУСС

Далее характер профиля резко меняется, он приближается к сферической или эллипсоида вращения с расположением нормального сечения большей площади перпендикулярно к направлению движения потока (рисунки 5,6). Это может быть объяснено тем, что у ТЖМТ значение коэффициента поверхностного натяжения и плотность эвтектики на порядок больше, чем плотность воды.

Проведенные исследования модели жидкометаллической мишени с диаметром внутренней полости проточной части 60 мм на эвтектическом сплаве свинец-висмут в диапазоне температур 260-4000 С, расходов сплава через модель 5,0-80,0 т/ч, подтвердили возможность эксплуатации мишени ТЖМТ ускорительно-управляемой системы без прочно-плотной перегородки («окна») между полостью ускорителя элементарных частиц и мишенным контуром. Конструкция мишени обеспечивала устойчивое и воспроизводимое формирование свободной поверхности ТЖМТ в проточной части, эжектирование газа потоком ТЖМТ из полости модели с расходом от нескольких ндм3/ч до десятков ндм3/ч вплоть до разряжения – 1,0 кгс/см2 (ати) контролировавшемуся по мановакууметру. В момент начала циркуляции ТЖМТ через мишень, в процессе циркуляции и в момент прекращения циркуляции поступления ТЖМТ в имитатор подвода частиц не зафиксировано.

Исследование эжекционных характеристик потока в модели мишени при провоцирующих испытаниях с подаче воды на свободную поверхность сплава в баке циркуляционного насоса стенда показал существенное различие в эжекционных характеристиках модели мишени при наличии водяного пара в газовом объеме стенда.

Рисунок 5 - Проекция на одну плоскость точек профиля свободной поверхности ТЖМТ при расходе 0.558 м3/ч

Рисунок 6 - Проекция на одну плоскость точек профиля свободной поверхности ТЖМТ при расходе 2,911 м3/ч

Так же во время испытаний было получено эжектирование в теле жидкометаллической мишени (рисунок 7), что позволяет поддерживать вакуум и отсос парогазовой смеси от свободной поверхности мишени.

Исследование эжекционных характеристик потока в модели мишени при провоцирующих испытаниях с подаче воды на свободную поверхность сплава в баке циркуляционного насоса стенда показал существенное различие в эжекционных характеристиках модели мишени при наличии водяного пара в газовом объеме стенда.

Рисунок 7 - Временная зависимость давления газа в системе стенда ФТ-1 МУУС и в модели мишени

В четвертой главе представлены исследования характеристик проточной части полномасштабной модели жидкометаллической мишени с горизонтальным расположением оси в диапазоне расходов 1,8-3,0 м3/час свинец-висмутового теплоносителя (эвтектического сплава) при температурах 260-400 0С.

Исследованию подлежали:

- условия незатекания ТЖМТ в полость патрубка-имитатора подвода частиц от ускорителя;

- эжекционные характеристики проточной части мишени;

- условия формирования, профиль (общая геометрия) и динамическая устойчивость свободной поверхности ЖМТ в рабочем участке мишени;

Основными задачами работы, решение которых обеспечивало достижение поставленной цели, являлись:

- Расчетно-теоретические исследования и проектирование модели мишени с натурными размерами с учетом накопленного опыта создания и эксплуатации моделей мишеней на воде и на эвтектике свинец-висмут;

- Изготовление экспериментального участка (модели мишени) и узлов. Монтаж экспериментального стенда для проведения испытаний на основе имеющегося базового оборудования;

- Создание системы сбора, обработки и представления информации об исследуемых процессах. Создание нестандартных средств контроля.

Для проведения исследований, была выполнена реконструкция стенда ФТ-1, на базе которого был создан изотермический стенд ФТ-1 МУУС-2. Полномасштабная модель жидкометаллической мишени СБ 302 ФТ-1 (рисунок 8 ), включала следующие основные элементы:

- конический переходник со штуцером подключения модели к трубопроводу контура;

- канал подвода ЖМТ к рабочей полости, образованный коаксиально расположенными: внешней трубой внутренним диаметром 60 мм, толщиной стенки 4 мм и внутренней трубой внутренним диаметром 39 мм и толщиной стенки 4 мм, с установленными в зазоре 4 мм ребрами под углом 15 градусов, длинной 11 мм;

- объем рабочей полости модели мишени, образованный трубой внутренним диаметром 60 мм и толщиной 4 мм;

- выходной поворотный участок (900) для приварки модели к отводящему трубопроводу

Рисунок 8 - Полномасштабная модель жидкометаллической мишени СБ 302 ФТ-1

Поток на выходе из кольцевой щели был закручен. На рисунках 9, 10 представлены проекции на горизонтальную плоскость точек профиля свободной поверхности ТЖМТ при трех расходах (1.77м3/ч, 2.80м3/ч). Точки профиля “внешней” поверхности получены при положении сигнализаторов, при которых не происходит разрыва в формировании сигнала, т.е. он постоянен. Точки профиля “внутренней” поверхности получены при положении сигнализаторов, при которых формируется устойчивое периодическое формирование сигала замыкания электрической цепи, т.е. “колеблющейся” свободной поверхности.

Рисунок 9 – Профиль проекции свободной поверхности жидкометаллической мишени на горизонтальную плоскость при расходе теплоносителя 1,77 м3/ч

Рисунок 10 – Профиль проекции свободной поверхности жидкометаллической мишени на горизонтальную плоскость при расходе теплоносителя 2,80 м3/ч

Анализ расположения точек по обе стороны от оси модели мишени показывает, что профиль несколько несимметричен относительно оси модели, что объясняется односторонним расположением штуцеров подвода эвтектики в модель мишени, а так же закручиванием потока установленными ребрами.

Анализ профиля свободной поверхности ТЖМТ в полости модели мишени подтверждает сделанные ранее выводы о том, что устойчивую свободную поверхность в полости мишени можно получить при закрутке потока в полости мишени.

Проведенные исследования модели жидкометаллической мишени с диаметром внутренней полости проточной части 60 мм на эвтектическом сплаве свинец-висмут в диапазоне температур 260-4000 С, расходов сплава через модель 1,8-3,0 м3/ч, подтвердили возможность эксплуатации мишени ТЖМТ ускорительно-управляемой системы с горизонтальным расположением оси без прочно-плотной перегородки («окна») между полостью ускорителя элементарных частиц и мишенным контуром. Конструкция мишени обеспечивала устойчивое и воспроизводимое формирование свободной поверхности ТЖМТ в проточной части и отсутствие затекания ТЖМТ в полость имитатора патрубка подвода частиц.

В момент начала циркуляции ТЖМТ через мишень, в процессе циркуляции и в момент прекращения циркуляции поступления ТЖМТ в имитатор патрубка подвода частиц не зафиксировано. Данные исследования показали полную работоспособность предлогаемой модели жидкометаллической мишени.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований процессов массопереноса ТЖМТ с поверхности теплоносителя на холодные поверхности парогазовой полости мишени и ускорителя. Эти процессы условно могут быть разделены на три стадии:- испарение ТЖМТ со свободной поверхности;- массоперенос (транспортировка) паров в отвакуумированном газовом (парогазовом) объеме за счет молекулярной и конвективной диффузии (поток ускоренных протонов интенсифицирует процесс возврата молекул ТЖМТ на свободную поверхность);- осаждение (конденсация) паров на “холодных” поверхностях, контактирующих с газовым (парогазовым) объемом мишени.

В процессе испытаний жидкометаллической мишени на стенде ФТ-1МУУС было зафиксировано образование отложений масс “чистого” практически неокисленного сплава на периферийных областях внутренней поверхности крышки патрубка имитатора подвода частиц общей массой около 50г за 24 часа. Этот результат показывает, что давление парогазовой смеси соответствует условиям глубокого вакуума при котором интенсифицируется испарение эвтектики при температурах 259-4000С.

Общий вид перенесенных масс сплава представлен на фотографии (рисунок 11).

Рисунок 11 - Общий вид перенесенных масс сплава при работе на стенде ФТ-1МУУС

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

. Проведенные экспериментальные исследования гидродинамических характеристик полномасштабных моделей жидкометаллических мишеней с вертикальным и горизонтальным расположением осей на воде подтвердили принципиальную возможность создания конструкций мишеней обеспечивающих работу мишени в составе жидкометаллического контура. Результаты приведенных исследований позволили обосновать и разработать конструкции жидкометаллических мишеней для испытаний на натурной среде.

2. В результате теоретического анализа и расчетных исследований определены условия незатекания жидкометаллического теплоносителя в полость ускорителя протонов. Предложены и созданы метод и устройства определения геометрии свободной поверхности потока жидкого металла внутри полости мишени при температуре до 4500С и расходе до 60х103кг/час. Испытаниями на воде и на эвтектике свинец-висмут подтверждена возможность незатекания теплоносителя в полость ускорителя во всех эксплуатационных режимах работы жидкометаллических мишеней, созданных на основе разработанных рекомендаций, как с вертикальной, так и с горизонтальным расположением осей мишени.

3. Проведенные экспериментальные исследования, гидродинамических характеристик проточной части вариантов конструкции мишеней с вертикальным и горизонтальным расположением осей при натуральных рабочих условиях в проточной части обосновали работоспособность мишени в режимах пуска, работы и вывода из работы (кроме характеристик процессов взаимодействия ускоренных протонов с тяжелыми ядрами).

4. Расчетно-экспериментальные исследования массопереноса и возможных отложений тяжелого жидкометаллического теплоносителя в полости жидкометаллической мишени и ускорителя показали принципиальную возможность создания в полости мишени, за счет эжекции парогазовой смеси, величины вакуума близкой к вакууму в полости ускорителя и соответственно, массопереноса паров ТЖМТ с последующей их конденсацией на “холодных” поверхностях. Исследован процесс выноса и транспортировки частиц жидкого металла при барботаже парогазообразных примесей в полости мишени.

5. Предложены и разработаны рекомендации по научно-техническим решениям проточной части жидкометаллической мишени, конструкции мишени в целом и мишенного контура для ускорительно-управляемых систем. Рекомендации защищены 5 авторскими свидетельствами и 2 патентами РФ (в соавторстве).

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Liquid Metal Coolants Purification from Bismuth and Polonium / Beznosov A.V., Kuzminikh S.A, Karatushina I.V., Romanova P.V., Meluzov A.G.: Abstracts. 8th International Conference on Fusion Reactor Materials.-Japan. Sendai, 1997. - P.85.

2. Пат. 2192107 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Мишенный контур / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г. Молодцов А.А.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический университет.-№2001111420/06; заявл. 25.04.2001; опубл. 27.10.2002. Бюл. № 30.-4с.: ил.

3. Свидетельство 9564 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Мишенное устройство / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический универсистет.-№98111661/20; заявл. 10.06.1998; опубл. 16.03.1999. Бюл. № 33.-2с.: ил.

4. Свидетельство 10972 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Мишенное устройство / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г., Хохлов Д.И.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический универсистет.-№98123771/20; заявл. 30.12.1998; опубл. 16.08.1999. Бюл. № 33.-2с.: ил.

5. Патент на полезную модель 44444 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Жидкометаллическая мишень / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г., Титов А.Ю.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический универсистет.-№2004107397/20; заявл. 15.03.2004; опубл. 10.03.2005. Бюл. № 33.-2с.: ил.

6. Пат. 2284676 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Жидкометаллическая мишень / Безносов А.В., Гуренько О.С., Коваль К.А., Мелузов А.Г.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический универсистет.-№2001111295/20; заявл. 25.04.2001; опубл. 27.09.2007. Бюл. № 33.-2с.: ил.

7. Свидетельство 22286 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Жидкометаллическая мишень ускорительно-управляемой системы / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г., Молодцов А.А.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический универсистет.-№2001119949/20; заявл. 17.07.2001; опубл. 10.03.2002. Бюл. № 7.-3с.: ил.

8. Экспериментальные исследования характеристик жидкометаллической мишени на эвтектическом сплаве свинец-висмут / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г. [и др.] // Атомная энергия.- М., 1998.- Т.83.- вып.2.- С.182-184.

9. Свидетельство 20812 Рос. Федерация: МПК(7) Н 05 Н 6/00. Мишенный контур / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г., Молодцов А.А.; заявитель и патентообладатель Нижегородский государственный технический универсистет.-№2001111295/20; заявл. 25.04.2001; опубл. 27.11.2001. Бюл. № 33.-2с.: ил.

10. Экспериментальные исследования гидродинамики проточной части моделей жидкометаллической мишени на воде / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г. [и др.] // Атомная энергия.- М., 2000.- Т.87.- вып.6.- С.182-184.

11. Experimental study of hydrodynamics of target system costruction with liquid metallic coolant on water models / Besnosov A.V., Davydov D.V., Melyzov A.G., Khokhlov D.I.: Abstracts. International Youth nuclear congress. – Bratislava. – 2000.

12. Experimental Study of Characteristics of Molten Lead-Bismuth Target without Window / Pinaev S.S., Besnosov A.V., Davydov D.V. [and other]: Abstracts. 10th International Meeting of the IAHR Working Group in Advanced Nuclear Reactors «Thermal Hydraulics for Fast Reactors with Different Coolants». - Obninsk, 2001. - V.1. - P.54.

13. Экспериментальные исследования вариантов проточной части жидкометаллической мишени электроядерной установки / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г., Абрамов А.А. // Атомная энергия.- М., 1997.- Т.83.- вып.5.- С.182-184.

14. Влияние термоциклических нагрузок на характеристики электроизолирующих покрытий конструкционных материалов в контурах охлаждения бланкета и дивертора с жидкими теплоносителями / Безносов А.В., Романов И.А., Бутов А.А. [и др.] // Вопросы атомной науки и техники.- М., 1999. – вып.2.- С. 3-10.

15. Экспериментальные исследования очистки от примесей свинцово-висмутового теплоносителя и контура жидкометаллической мишени / Безносов А.В., Давыдов Д.В., Мелузов А.Г., Хохлов Д.И. // Атомная энергия.- М., 1999.- Т.87.- вып.4.- С.182-184.