Новая ядерная лаборатория Европы - Jules Horowitz Reactor

[tnenergy.livejournal.com]

Оригинал взят у tnenergy в Новая ядерная лаборатория Европы - Jules Horowitz Reactor

Как-то раз я рассказывал про реактор МБИР, который начали строить в Димитровграде в этом году, и про ускорительный-термоядерный источник нейтронов IFMIF. Эти установки, объединяет то, что обе они являются прежде всего мощными источниками нейтронов, а задачей лабораторий вокруг них - изучение поведения материи в нейтронном потоке. Разница только в спектре - МБИР дает быстрый делительный спектр нейтронов, а IFMIF - сверхбыстрый термоядерный спектр.

Проектное изображение JHR. Сам реактор (его активная зона) - оранжевый цилиндр в нижней правой трети кадра.

Но интересно, что одновременно в мире строятся еще два рекордно ярких источника нейтронов - реактор Julez Horowiz Reactor (JHR) с тепловым/промежуточным спектром  и ускорительный источник ESS с холодным/ультрахолодным спектром.

Рендер комплекса зданий ESS

Сразу 4 мегапроекта! Прежде чем перейти к детальному изучению фишечек сегодняшнего реактора поговорим зачем это надо.

Все четыре установки имеют разную специализацию. IFMIF, как мы помним, это имитация повреждающего воздействия зверских термоядерных нейтронов на конструкционные материалы будущих термоядерных реакторов. А ESS является сверхъярким (в 10 раз более ярким, чем МБИР и в 100 - JHR) источником холодных и ультрахолодных нейтронов, которые будут использоваться в фундаментальных и прикладных исследованиях в области физики конденсированных состояний. МБИР в свою очередь - полноценный тестовый стенд для будущих быстрых реакторов, с высокой яркостью и скоростью набора дозы. JHR выполняет такую же роль для будущих реакторов с тепловым спектром - прежде всего водяных.

Проектное изображение корпуса реактора, без активной зоны. Синие трубы - основное охлаждение, розовые - запасное.

Итак, реактор, названный в честь французского ученого и атомного функционера польского происхождения Жюля Хоровица будет весьма передовой лабораторией, которая заменит флот стареющих французских и европейских исследовательских реакторов. Этот комплекс строится в ядерном центре Кадараш, в 2 км. от ИТЭРа.


ИТЭР на переднем плане, а в верху, в центре кадра видна стройка JHR


Основой лаборатории JHR стоимостью в миллиард евро станет реактор тепловой мощностью ~100 мегаватт с плотной активной зоной, окруженной бериллиевым отражателем. Он имеет довольно необычную конфигурацию АЗ, с нерегулярной решеткой с 37 позициями для тепловыделяющих сборок (ТВС), кольцевыми твэлами (ТВС набрана из 8 концентрических цилиндров) и множеством позиций для облучения мишеней и устройств.


Разрез по активной зоне: серое - берилиевый отражатель, оранжевое - облучательные устройства, розовое - теплоноситель, черное - ТВС,

27 поглощающих гафниевых стержня могут вводиться в центр ТВС для управления мощностью и аварийного гашения цепной реакции. Топливом реактора будет служить уран, обогащенный до 20% по 235 изотопу (такое обогащение очень нравится политикам, т.к. не позволяет сделать ядерную бомбу, но снижает максимальный достижимый нейтронный поток.). Эта машина, как и основная масса исследовательских реакторов (ИР)  будет работать кампаниями от 30 до 70 дней, останавливаясь на перегрузку, прежде всего облучательных устройств, в которых будут вестись эксперименты.


Все вместе: здание с лабораториями и реактором, корпус реактора, активная зона с отражетелем, сверху справа - ТВС, разрез и целиком.

Охлаждение реактора - принудительная циркуляция воды с давлением в 5-7 атм с температурой в 120 С со сбросом тепла в теплообменник второго контура. Второй контур охлаждается внешней проточной водой.

Строительство здания JHR в 2013 году.

Какие задачи будет решать этот реактор?

• Поиск новых материалов с бОльшими допустимыми рабочими температурами и  повреждающими дозами. Такие материалы открывают путь к совершенно новым концепциям реакторов, например “реактора-свечи”.




• Исследование пределов работоспособности существующих материалов, их ресурсные испытания и поведение в аварийных ситуациях




• Облучение опытных топливных композиций и твэлов - исследование химии, физики и конструктива этих новых решений. Фактически на этом реакторе можно исследовать конструктив твэлов для всех существующих реакторов.




• Поведение существующего и будущего топлива в аварийных ситуациях.




• Исследование в интересах будущих реакторов с неводяным теплоносителем - газовые, жидкометаллические, жидкосолевые петли с погруженными туда элементами активных зон.




• Быстрые реакторы - материалы, теплоносители, даже твэлы.




• Наработка до ¼ европейской потребности в регулярных изотопах и до 50% “специфических” изотопах.




• Ну и разумеется методологическое и метрологическое обеспечение ядерной индустрии - константы, параметры, верификация решений и т.п.

Важнейшей характеристикой ИР является достижимые пределы по нейтронным потокам и температурам для облучаемых устройств и материалов. В этом плане JHR является роскошным универсалом, развивая приличные значения потока тепловых нейтронов в отражателе (6*10¹⁴ Н/см²*с) и одновременно быстрых нейтронов (5*10¹⁴ Н/см²*с) в центре хитро устроенных ТВС! Подобное умение работать с высокими потоками и тепловых и быстрых нейтронов дорогого стоит - фактически по многим задачам JHR заменяет собой еще один быстрый исследовательский реактор. Весьма широким является и возможный диапазон температур, при котором происходит облучение - от 100 до 1000 С, что позволяет исследовать поведение материалов для перспективных реакторов.

Вторая конфигурация АЗ - с двумя большими петлевыми устройствами, которые позволяют имитировать работу ТВС реактора с неводным теплоносителем.

Хитрая активная зона реактора может широко переконфигурироваться под разные облучательные задачи. Можно поставить два больших петлевых канала со своими теплоносителями, четыре облучательных устройства будет замещать ТВСы, а еще несколько небольших капсул диаметром 32 мм можно будет вставить внутрь других ТВС. Однако при этом снижается нейтронный поток. Если же нужены серьезные дозы, то можно 3 средних облучательных устройства диаметром 92 мм и 7 вставок в ТВС.


Точки в которых возможно облучение образцов и устройств по время работы реактора (зеленые и красные)

Независимо от этой конфигурации в отражателе вокруг АЗ есть 6 позиций в вытеснительных устройствах (о них - ниже) и 10 позиций в отражателе - для наработки изотопов, ядерно-легированного кремния и исследований, не требующих мощных потоков нейтронов и высокой температуры. Большие облучательные устройства в реакторе и отражателе можно подключать к лабораторному оборудованию вне реактора - причем как электрическими соединениями, так и трубопроводами с теплоносителем или для транспортировки какой-то химии извнутри мишени к масс-спектрографам.


Проектное изображение подключения облучательных устройств реактора к внешнему оборудованию

Вытеснительное устройство (слева), график энерговыделения в разном топливе в зависимости от удаления от АЗ и расположение ВУ в отражателе реактора.

Теперь про вытеснительные установки, являющиеся фишкой реактора. Это подвижные конструкции, способные вдвигать и выдвигать облучаемую конструкцию внутрь нейтронного потока. Такой подход позволяет, имитировать реактивносную аварию, например если поток воды каким-то чудом выдавит управляющий стержень из реактора или через реактор пройдет пробка чистого (без борной кислоты) конденсата. Тут же можно моделировать динамические процессы в топливе — разогрев, охлаждение, циклы.

Вид на реактор в рабочей конфигурации сверху. Видно, насколько реактор утыкан эксперементальными устрановками, и для чего сделан отвод теплоносителя вбок.

Герметичное отделение реактора. Виден сам реактор, теплообменники (желтые цилиндры), транспортный бассейн для ОЯТ и облученных устройств.

Тут стоит сделать небольшую остановку и пояснить, что в мире нет реакторов, способных обеспечить одновременно такое разнообразие позиций, большие потоки, и большую производительность по облучательным экспериментам. JHR в этом аспекте действительно выдающаяся машина. Типичная задача оптимизации выглядит так - необходимо обеспечить высокий нейтронный поток, а значит и литровую мощность реактора (для ТВС JHR она составить 600 кВт/литр - в пять раз больше, чем в ВВЭР-1000), при этом использовать как можно меньше воды для охлаждения (что бы повысить жесткость спектра и снизить поглощение нейтронов водой), но при этом не задирать температуру и давление охлаждающей воды по соображениям безопасности. И при этом обеспечить множество конфигураций АЗ с разными вносимыми сюда опытными материалами и конструкциями. Не забыты и горизонтальные каналы для вывода нейтронного и гамма излучения из АЗ - это позволяет делать гаммаграфию и нейтронографию (т.е. просвечивание) как для облученных конструкций, так и для любых других образцов.

Устройство для движения облученного твэла перед гамма-камерой.

Кстати, не менее высокотехнологичными машинами являются облучательные устройства, в которых можно испытывать твэлы на разрушение, изучать радиационную коррозию, проводить трансмутацию минорных актиноидов, исследовать материалы будущих реакторов при высоких температурах и нейтронной радиации и т.д. и т.п. Многие из облучательных устройств имеют инструментацию - т.е. в них установлены датчики, исполнительные механизмы (как вам машина, которая позволяет испытывать на разрыв образцы прямо в реакторе?), клапаны и прочее.


Разнообразные облучательные устройства для имитации аварийных водействий (LORELEI - потеря теплоносителя), изучения радиохимии и физики топлива, трансмутации мишенеий и т.п.


Устройство для исследования твэлов для обычных энергетических реакторов. Позволяет изучать нейтронную физику, растрескивание и другие механические изменения, радиохимию и радиолизную коррозию, термогидравлику и водно-химический режим. Снабжен теплообменником и нагревателями для задания нужного режима теплоносителя.

Однако JHR - это не только реактор. Вокруг него распологаются первоклассные радиохимические лаборатории. Здесь расположены и горячие камеры, которые позволяют исследовать неразрушающим и разрушающим способом облученные мишени, устройства, конструкции, снаряжать радиоактивными нуклидами другие мишени и твэлы.


Реактор (на заднем плане), транспортные бассейны, бассейн выдержки и горячие камеры (зеленые)

Рядом с реактором расположен так же бассейн для хранения облученного топлива, к которому опять же можно подключать датчики и линии для изучения радиохимических изменений в ОЯТ. Наконец отдельные лаборатории нужны для подключения облучательных устройств, находящихся в реакторе, о чем я говорил выше. Находящиеся здесь приборы позволят постоянно изучать химические и физические изменения в облучаемых образцах.


Горячие камеры будут снабжены разнообразным исследовательским оборудованим, в т.ч. ультразвуковыми и рентгеновскими камерами для неразрушающего контроля (оранжевые)

В целом возможности одного JHR тянут на примерно половину возможностей всего парка НИИАР (где сейчас работает 6 реакторов - СМ, МИР, БОР-60, РБТ-10/1, РБТ-6) или других сильных мировых исследовательский центров (того же Кадарааша или Саклай). Начатое в 2007 году строительство уже закончено - идет монтаж оборудования. Совсем скоро - в  2016 году ожидается загрузка топлива и физпуск, с выходом на первую облучательную кампанию в конце 2017.

Возведение здания JHR было закончено в феврале 2015 года.

Comments

[roquefort-tln.livejournal.com]

штука мощная, всеобъемлющая, дорогая как самолет, интересная в работе, но крайне муторная в плане допиливания под нужды конкретной фирмы. У нас в Швеции на несколько десяков инженегров сидели отдельно выделенные один-два мегамозга, которые занимались только допиливанием и улучшайзингом. Когда лет за семь-восемь допилили до немыслимого совершества - высокие менеджеры решили что теперь мы должны перейти на какую-то другую систему.

Все о"№;ли и начали переходить.

Чем кончилось - не знаю, я как раз в тот момент уволился :)

[capitainelesang.livejournal.com]

пфф
допиливать CATIA - не очень дальновидное решение. там возможностей дофига и если кто-то начинает кастомайзить, то это означает, что этот кто-то не понимает этих возможностей, либо уперся рогом в то, что "я хочу именно люминивый"

единственные, кто допилили что-то с умом (на моей практике) - это контора AITAC, которая добавила мегафункционал по генерации чертежей

[roquefort-tln.livejournal.com]

охохонюшки.

Во всех кадах дофига возможностей всегда соседствует с полным отсутствием того, что надо.

Кстати да, именно в плане генерации чертежей все особенно плохо. Картинки рисуются, безусловно, хорошо, но например, спецификации к чертежам это больное место почти у всех, а у Кати с этим было как-то особенно грустно.

Следующее больное место - это стандартные компоненты - профиля, фланцы там всякие - если есть штатные библиотеки, то они не полные, в них обязательно не будет какого-нибудь самого нужного сортамента, а заодно при штатном использовании пытаются писать в спецификацию на чертеже какую-то полную ересь, если вообще пытаются дружить со спецификацией.

Следующим этапом - попытка подружить кад, с допиленными напильником спецификациями и нумерацией чертежей с базой документации, допилить эту базу документации до нормальной работы с ревизиями чертежей и выдачей актуальных комплектов чертежей, создания новой конструкции на базе старой с сохранением корректной структуры моделей-чертежей итд.

Кое-какая автоматизация - полуавтоматическая генерация типовых конструкций типа лестниц-площадок-перил (с выдачей нормальных чертежей с нормальными спецификациями, ага) и создание параметрических моделей для прочих повторяющихся с изменениями конструкций.

Продумать и внедрить работу с большими моделями - типа общей сборки завода - с подстановкой вместо подробных рабочих моделей компонентов лекгих болванчиков (иначе никакой комп это ворочать не сможет), с обеспечением более-менее постоянной актуальности этой модели и да, с генерацией с этого счастья нормальных чертежей.

и куча еще всего. Вроде незаметно, а миллиончики на зряплатки допиливателям улетают только в путь.

[capitainelesang.livejournal.com]

>спецификации
спецификации должна делать не CAD-система, а PDM-система

штатные библиотеки спокойно расширяются, в чем кастомайзинг понадобился?

> попытка подружить кад, с допиленными напильником спецификациями и нумерацией чертежей с базой документации
это вы прям пишите про создание интеграции CAD-системы с подобием PDM-системы. если брать PDM-систему, в которой модуль интеграции с CATIA есть оригинальный (ENOVIA, Teamcenter, Windchill и еще много много чего), то такой кастомайзинг не нужен. а вместе с нормальной интеграцией вы получаете еще и нормальную родную систему управления версиями и генерации спецификаций (да еще и много чего)

>Кое-какая автоматизация - полуавтоматическая генерация типовых конструкций типа лестниц-площадок-перил
ну это все-таки автоматизация штатными средствами CATIA, скорее всего
в любом случае этот функционал щаз есть в свежих версиях CATIA

>Продумать и внедрить работу с большими моделями - типа общей сборки завода - с подстановкой вместо подробных рабочих моделей компонентов лекгих болванчиков
пардон, тут вообще проблем особых не вижу, поскольку CATIA c самого начала поддерживала работу с CGR и с несколькими представлениями изделия

пардоньте, но looks like, что я был прав :)

[roquefort-tln.livejournal.com]

спецификации должна делать не CAD-система, а PDM-система
---------
кому должна и кто ее заставит это делать? И почему у меня инвентор полсле минимального допиливания это отлично делает, а в Кате наши мозги протрахавшись со штатной генерилкой спецификаций выкинули ее нах и принялись писать свою.
Спецификация собирается из деталей в модели, почему пдм ее должна делать?

штатные библиотеки спокойно расширяются, в чем кастомайзинг понадобился?
--------------
в том, что этим кто-то должен заниматься
и как я уже говорил - штатные библиотеки никогда не умеют писать что-то вменяемое в спецификацию. Их создают какие-то тупые дезигнеры, не понимающие, что должно быть на чертеже.

про создание интеграции CAD-системы с подобием PDM-системы
-----------
SmarTeam у нас был в качестве PDM. Все родное, ага, только само по себе оно под относительно крупную фирму с филиалами на разных сторонах шарика не настраивается, это кто-то делать должен. А он сцуко, зряплату хочет.

ну это все-таки автоматизация штатными средствами CATIA, скорее всего
в любом случае этот функционал щаз есть в свежих версиях CATIA
----------------
да нифига, был там какой-то модуль для прокладки этого всего в виде размерных болванчиков на этапе компоновки проекта, и им вполне пользовались (потом при расчерчивании этого в рабочий чертеж всегда где нибудь трех сантимеров не влезало). А обычные рабочие чертежи металлоконструкции с разбивкой на балокчки-швеллерочки - извольте сами, ручками, или сами параметрические заготовки пилите.
и даже не начинайте мне рассказывать про модуль "металлоконструкции" им тоже для реального проектирования пользоваться нельзя, в лучшем случае для тех же болванчиков на стадии компоновки.

c самого начала поддерживала работу с CGR и с несколькими представлениями изделия
---------------
CGR и пользовались, но опять-таки в рамках крупной фирмы с филиалами само оно не заработает. Кто-то должнен алгоритмы продумать и под угрозой расстрела заставить всех, включая индусов им следовать.

Вот сидящий на всех этих мелочах умный дяденька со шведскими расценками на человекочас

[capitainelesang.livejournal.com]

>>спецификации должна делать не CAD-система, а PDM-система
>кому должна и кто ее заставит это делать?
есть бест практикс как бэ :)

>И почему у меня инвентор полсле минимального допиливания это отлично делает, а в Кате
потому, что PTC пошел одним путем, а Дассо другим

>Спецификация собирается из деталей в модели, почему пдм ее должна делать?
спецификация собирается из деталей в простом случае. в сложном случае все немного сложнее. а есть еще управление конфигурациями и применимостью. а есть еще псевдосборки. и поддержка ЭСИ - это функционал PDM-системы

>>про создание интеграции CAD-системы с подобием PDM-системы
>SmarTeam у нас был в качестве PDM. Все родное, ага, только само по себе оно под относительно крупную фирму с филиалами на разных сторонах шарика не настраивается, это кто-то делать должен. А он сцуко, зряплату хочет.
неожиданно правда? почему это вас удивляет, CATIA же вы настраиваете? :) PDM-система - это не коробочный продукт. он требует настройки и необязательно кастомизации, кстати. большая часть работы по настройке выполняется на этапе внедрения и может быть выполнена не штатным спецом на зарплате, а сотрудником компании-интегратора.

>CGR и пользовались, но опять-таки в рамках крупной фирмы с филиалами само оно не заработает. >Кто-то должнен алгоритмы продумать и под угрозой расстрела заставить всех, включая индусов им >следовать.
вы абсолютно правильно говорите. только опять тут речь идет не о кастомизации, а о выработке методологии и этим должен заниматься опытный товарищ. а для этого вы либо берете в штат дорогого опытного товарища и он первый год молотит в полную силу, а потом отдыхает (или увольняется), либо нанимаете компанию-внедренца на внедрение. voila. ничего здесь нового нет, так живет весь мир, в т.ч. и в РФ. (я как бы в теме, если интересно, можем продолжить в личке)

[vkorehovisback.livejournal.com]

расширяемость и отсутствие какого-либо блекбоксинга, и свободная композиция элементов (например посредством скриптинга) это современный дизайн софта.
и нормальное апи для этого немаловажно!

[vkorehovisback.livejournal.com]

а по ощущениям, похоже на солидворкс?, все такоеже убогое награмождение функционала? как работать с деталями сложной формы легко?
например в солидворкс можно сделать сварочый шов, только если деталь смоделирована одним из способов, если другим то нельзя и прочая чушь присутствует? такое ощущение что в солидворкс писали много разных программистов и каждый модуль делал следующий, ни как не сообща... получили нагромождение функционала без какого-либо качества, скрипты там есть на бейсеке по-моему, короче что есть что нету. полное г. в плане расширения вообще и кастомизации.

[capitainelesang.livejournal.com]

ну скачайте с торрентов и попробуйте

со сварными швами и с деталями, изменяемыми в сборке, в CATIA вообще особый подход :)

кастомизация - зло :)

[vkorehovisback.livejournal.com]

а вообще я пришел к выводу, что использование CAD часто излишне,
иногда проще сразу описать деталь в G-code с параметрами, из G-code можно сразу получть и чертеж и модель.
это намного проще чем моделировать что-то в Solidworks потом плясать с бубном вокруг Solidcam и заставить его сгенерировать именно то, что нужно.
Если деталь сложной формы, то можно воспользоваться удобным пакетом 3d моделирования, например Rhino. и скриптом или grashopperom генерировать G-code или dxf faili a potom G-code.

[capitainelesang.livejournal.com]

>что использование CAD часто излишне
факт
но зависит от того что, как и как часто вы хотите получить

про g-code ничего не могу сказать, сорри

[roquefort-tln.livejournal.com]

ну это если работать с отдельными деталями изготавливаемыми на станках с ЧПУ. Может и так, в одном фильме вообще чел матрицу предпочитал зелеными японскими буквами просматривать.

У нас как бы олдскул, швеллер пили, лист газорезка режь (единственное ЧПУ), рулетка-чертилка размечай, дырка магнитной машинкой сверли, полуавтомат вари, и все это в неизвестной польской шараге заказывай и в эстонских болотах собирай. Какие тут г-коды?

[vkorehovisback.livejournal.com]

тогда да, нет G koda.
мне единственное что нравится в солидворкс это быстрая возможность сделать чертежи в трех проекциях. намного удобнее всяких автокадов.