High-temperature oxidation of nuclear graphite with account of movement of the surface layer of oxidator

At high-temperature oxidation of nuclear graphite, the oxidant flow in the near-surface region is taken into account. Macro- and microscopic modeling of the oxidation of the near-surface layer was carried out. The calculation of the diffusion coefficient of gaseous components as a function of temperature and concentration is given. The influence of the motion of the surface layer of the oxidizer on the concentration of gaseous components is studied.При високотемпературному окисленні ядерного графіту врахований потік окислювача в приповерхневій області. Проведено макро- і мікроскопічне моделювання окислення приповерхневого шару. Наведено розрахунок коефіцієнта дифузії газоподібних компонент у залежності від температури і концентрації. Досліджено вплив обліку руху приповерхневого шару окислювача на концентрацію газоподібних компонентів.При высокотемпературном окислении ядерного графита учтен поток окислителя в приповерхностной области. Проведено макро- и микроскопическое моделирование окисления приповерхностного слоя. Приведен расчет коэффициента диффузии газообразных компонент в зависимости от температуры и концентрации. Исследовано влияние учета движения приповерхностного слоя окислителя на концентрацию газообразных компонентов

Hafnium in nuclear power industry: the evolution of increasing of the economic indicators and the operation safety of pressurized water nuclear reactors

А further increase of the reliability, safety and efficiency of nuclear reactors, the extension of the nuclear fuel campaign and a better control of the fuel burning-out level demand to search for and use new materials. New materials are also necessary for new energy release management elements in the active zone. In this paper, the potential place that hafnium could occupy in the solution of the mentioned tasks is discussed. The high values of the absorption cross-section for thermal and epithermal neutrons, high corrosion resistance, good mechanical properties and heat conduction of hafnium allow for its use, without any barrier coatings, as the absorbing and structural material for regulation rods of nuclear reactors. Another application of high purity hafnium in the nuclear power industry can be in the emitter material of Compton-type Self-Powered Neutron Detectors (SPND). Such SPND will have instant response to neutron flux changes, which will allow to reach positive effects on the reactor safety and efficiency: increase fuel burning-out times; control the crisis boiling coordinates and time; exclude the processes, which could cause heavy accidents).Збільшення надійності та безпеки, підвищення ефективності ядерних реакторів, подовження кампанії палива та контроль рівня його вигоряння вимагають пошуку і використання нових матеріалів, в тому числі, й для елементів управління енерговиділенням в активній зоні. У роботі розглядається, яке місце може зайняти гафній при вирішенні перерахованих завдань. Високі перетини поглинання теплових і резонансних нейтронів, корозійна стійкість, механічні властивості та теплопровідність гафнію дозволяють використовувати його без оболонок і покриттів в якості поглинаючого та одночасно конструкційного матеріалу для регулюючих стрижнів ядерних реакторів. Іншим застосуванням чистого гафнію в ядерній енергетиці може бути використання його в якості емітера в комптонівському детекторі прямого заряду (ДПЗ). Такий ДПЗ буде мати миттєву реакцію на зміни потоку нейтронів, що багато в чому дозволить досягти позитивних ефектів (збільшення вигоряння палива; контролю координати і часу кризового кипіння; виключення процесів, що призводять до тяжких аварій).Увеличение надёжности и безопасности, повышение эффективности ядерных реакторов, продление кампании топлива и контроль уровня его выгорания требуют поиска и использования новых материалов, в том числе и для элементов управления энерговыделением в активной зоне. В работе обсуждается, какое место может занять гафний при решении перечисленных задач. Высокие сечения поглощения тепловых и резонансных нейтронов, коррозионная стойкость, механические свойства и теплопроводность гафния позволяют использовать его без оболочек и покрытий в качестве поглощающего и одновременно конструкционного материала для регулирующих стержней ядерных реакторов. Другим применением чистого гафния в ядерной энергетике может быть использование его в качестве эмиттера в комптоновском детекторе прямого заряда (ДПЗ). Такой ДПЗ будет обладать мгновенной реакцией на изменения потока нейтронов, что во многом позволит достичь положительных эффектов (увеличения выгорания топлива; контроля координаты и времени кризисного кипения; исключения процессов, приводящих к тяжелым авариям)

Hafnium in nuclear power industry: the evolution of increasing of the economic indicators and the operation safety of pressurized water nuclear reactors

А further increase of the reliability, safety and efficiency of nuclear reactors, the extension of the nuclear fuel campaign and a better control of the fuel burning-out level demand to search for and use new materials. New materials are also necessary for new energy release management elements in the active zone. In this paper, the potential place that hafnium could occupy in the solution of the mentioned tasks is discussed. The high values of the absorption cross-section for thermal and epithermal neutrons, high corrosion resistance, good mechanical properties and heat conduction of hafnium allow for its use, without any barrier coatings, as the absorbing and structural material for regulation rods of nuclear reactors. Another application of high purity hafnium in the nuclear power industry can be in the emitter material of Compton-type Self-Powered Neutron Detectors (SPND). Such SPND will have instant response to neutron flux changes, which will allow to reach positive effects on the reactor safety and efficiency: increase fuel burning-out times; control the crisis boiling coordinates and time; exclude the processes, which could cause heavy accidents).Збільшення надійності та безпеки, підвищення ефективності ядерних реакторів, подовження кампанії палива та контроль рівня його вигоряння вимагають пошуку і використання нових матеріалів, в тому числі, й для елементів управління енерговиділенням в активній зоні. У роботі розглядається, яке місце може зайняти гафній при вирішенні перерахованих завдань. Високі перетини поглинання теплових і резонансних нейтронів, корозійна стійкість, механічні властивості та теплопровідність гафнію дозволяють використовувати його без оболонок і покриттів в якості поглинаючого та одночасно конструкційного матеріалу для регулюючих стрижнів ядерних реакторів. Іншим застосуванням чистого гафнію в ядерній енергетиці може бути використання його в якості емітера в комптонівському детекторі прямого заряду (ДПЗ). Такий ДПЗ буде мати миттєву реакцію на зміни потоку нейтронів, що багато в чому дозволить досягти позитивних ефектів (збільшення вигоряння палива; контролю координати і часу кризового кипіння; виключення процесів, що призводять до тяжких аварій).Увеличение надёжности и безопасности, повышение эффективности ядерных реакторов, продление кампании топлива и контроль уровня его выгорания требуют поиска и использования новых материалов, в том числе и для элементов управления энерговыделением в активной зоне. В работе обсуждается, какое место может занять гафний при решении перечисленных задач. Высокие сечения поглощения тепловых и резонансных нейтронов, коррозионная стойкость, механические свойства и теплопроводность гафния позволяют использовать его без оболочек и покрытий в качестве поглощающего и одновременно конструкционного материала для регулирующих стержней ядерных реакторов. Другим применением чистого гафния в ядерной энергетике может быть использование его в качестве эмиттера в комптоновском детекторе прямого заряда (ДПЗ). Такой ДПЗ будет обладать мгновенной реакцией на изменения потока нейтронов, что во многом позволит достичь положительных эффектов (увеличения выгорания топлива; контроля координаты и времени кризисного кипения; исключения процессов, приводящих к тяжелым авариям)

Compton detector of neutrons for the energy yieldcontrol in the active zone of WWER

The article examines the processes of radiative neutron capture by nuclei of atoms of metallic rhodium and hafnium. Rhodium is used as the emitter in the direct charge detectors of neutrons, which are used to control the energy yield in the core of nuclear power reactors. A new Compton direct charge detector (DCD) (so-called SPND – Self Powered Neutron Detector) with the emitter of the metallic Hf is proposed. The specifics of the signal formation of the β-emission and Compton neutron detectors are considered. The signal lag time of the rhodium detector was calculated and the respective published data was studied, and the conclusion was made that the use of β-emission detectors for the detection of rapid changes of the neutron flux density is inappropriate. The main advantages of the hafnium emitter is a long “burnout” time of the emitter material and the instantaneous response to changes in the neutron flux in the reactor core. Therefore, the use of detectors with such emitters will simultaneously enhance the reliability and safety of operation of the reactors that are in use currently and those that are being developed.Розглянуті процеси радіаційного захоплення нейтронів ядрами атомів металів родію і гафнію. Родій використовується в якості емітера в детекторах нейтронів прямого заряду, які застосовуються для контролю енерговиділення в активній зоні ядерних реакторів АЕС. Запропоновано новий комптонівський детектор прямого заряду з емітером із металевого Hf. Розглянуто особливості формування сигналів β-емісійних і комптонівських детекторів нейтронів. Розраховано час запізнювання сигналу родієвого детектора, також проведено аналіз літературних даних і зроблено висновок про недоцільність використання β-емісійного детектора в умовах швидких змін щільності потоку нейтронів. Основними перевагами гафнієвого емітера є великий час «вигорання» матеріалу емітера і миттєва реакція детектора на зміну щільності потоку нейтронів в активній зоні реактора. Отже, використання детекторів з такими емітерами дозволить одночасно посилити надійність і безпеку експлуатації сучасних і розроблюваних реакторів.Рассмотрены процессы радиационного захвата нейтронов ядрами атомов металлических родия и гафния. Родий используется в качестве эмиттера в детекторах нейтронов прямого заряда, которые применяются для контроля энерговыделения в активной зоне ядерных реакторов АЭС. Предложен новый комптоновский детектор прямого заряда с эмиттером из металлического Hf. Рассмотрены особенности формирования сигналов β-эмиссионных и комптоновских детекторов нейтронов. Рассчитано время запаздывания сигнала родиевого детектора, также проведен анализ литературных данных и сделан вывод о нецелесообразности использования β-эмиссионного детектора в условиях быстрых изменений плотности потока нейтронов. Основными преимуществами гафниевого эмиттера являются: большое время «выгорания» материала эмиттера и мгновенная реакция детектора на изменение плотности потока нейтронов в активной зоне реактора. Следовательно, использование детекторов с такими эмиттерами позволит одновременно усилить надежность и безопасность эксплуатации современных и разрабатываемых реакторов

Mineral insulators for kompton detectors of neutrons with a metal hafnium emitter

One of the priority tasks of nuclear power industry is to increase the reliability and safety of nuclear power plants. In this regard, traditional detectors for measuring the neutron flux in the reactor core are being improved and new ones are developed. This work is dedicated to one of the tasks of creating a compton self-powered neutron detector, namely, the formation of an insulator of magnesium oxide on an emitter of metallic hafnium. The effect of three types of magnesium oxide of different purity and structural state, as well as annealing temperature on the electrical resistance of the insulator between the collector and the emitter of the detector, is studied. The detector prototypes were manufactured by filling with magnesium oxidepowders or by applying liquid-phase mixturesthereof.Одним з пріоритетних завдань атомної енергетики є підвищення надійності та безпеки ядерноенергетичних блоків. З цією метою вдосконалюються та розробляються нові датчики для вимірювання потоку нейтронів в активній зоні реактора. Дана робота присвячена дослідженню магнію оксиду як ізолятора в комптоновських детекторах прямого заряду з емітером з металевого гафнію. Досліджено вплив трьох видів магнію оксиду різного за чистотою та структурою, а також температури відпалу на електроопір ізолятора між колектором та емітером детектора. Виготовлена ізоляція дослідженних зразків детектора щляхом насипу та нанесенням рідкофазної магнієвої суміші.Одна из наиболее приоритетных задач атомной энергетики – повышение надежности и безопасности ядерно-энергетических установок. В связи с этим совершенствуются и разрабатываются новые датчики измерения потока нейтронов в активной зоне реактора. Данная работа посвящена одному из этапов создания комптоновского детектора прямого заряда, а именно формированию изолятора из окиси магния на эмиттере из металлического гафния. Исследовано влияние трех видов оксида магния различной чистоты и структурного состояния, а также температуры отжига на электросопротивление изолятора между коллектором и эмиттером детектора. Изготовлены опытные образцы детекторов методами засыпки и нанесения жидкофазной смеси оксида магния