Введение к работе
Актуальность темы. Исследования в области управляемого термоядерного синтеза к настоящему моменту перешли из стадии научного эксперимента и решения чисто физических вопросов в фазу инженерных проектов. В мире насчитывается более 100 термоядерных установок (ТЯУ) различных типов. Разрабатываются проекты новых установок, в их числе международный термоядерный реактор ITER, проектируемый с участием России.
Одной из актуальных задач при проектировании, строительстве, эксплуатации и прекращении эксплуатации термоядерных установок, является расчет и разработка конструкций радиационно-технологической и биологической защит, предназначенных для восприятия не силовых радиационных воздействий и снижения потоков радиоактивных излучений до уровня, предусмотренного нормами радиационной безопасности и санитарными нормами проектирования ядерных установок.
Стоимость защитных конструкций достигает 30 % в общей структуре затрат на строительство зданий ядерных и термоядерных установок. Объем защитных конструкций составляет десятки тысяч кубических метров бетона.
В зданиях ТЯУ в силу технологических требований, особенностей эксплуатации и для решения вопросов вывода из эксплуатации, основная часть защитных экранов должна периодически подвергаться демонтажу и новой сборке. Такие сборно-разборные защитные конструкции выполняются из блоков, устанавливаемых в проектное положение без заполнения швов сопряжения. Это приводит к нарушению однородности защитных конструкций и дополнительному локальному увеличению потоков радиоактивного излучения в швах сопряжения блоков по сравнению с монолитными участками.
Опыт применения с борно-раз борных защитных экранов и результаты исследований прохождения излучений через неоднородности защитных конструкций реакторов деления не может быть использован напрямую для ТЯУ, что обусловлено наличием в ТЯУ техногенного источника нейтронов с энергией 14,8 МэВ, характер поведения которых в материале защиты существенно отличен от
4 поведения нейтронов деления. Вместе с тем существующие неопределенности: переменная высота шва; средняя гомогенизированная плотность шероховатостей бетона, частично заполняющих объем шва; зависимость формы шва от допусков к номинальным размерам и т.п., и их влияние на защитную эффективность сборно-разборных защитных экранов исследованы недостаточно полно даже для защитных конструкций реакторов деления. Поэтому проведение рас-четно-экспериментальных исследований сборно-разборных защитных экранов ТЯУ и разработка методики определения защитной эффективности является актуальным.
Настоящая работа выполнепа в соответствии с планами научно-исследовательских работ МГСУ, ЭНИН им. Г.М. Кржижановского, ГипроНИИ АН РФ и др. организаций.
Цель работы. Определение защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов термоядерных установок на основе комплексных расчетно-экспериментальных исследований.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Разработана комплексная методика исследования защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов от нейтронов с энергией 14,8 МэВ.
Проведены комплексные расчетно-экспериментальные исследования монолитных и сборно-разборных защитных экранов.
Проведен сравнительный анализ защитной эффективности сборно-разборных и монолитных защитных экранов. Определены факторы, влияющие на защитную эффективность сборно-разборных защит.
Разработана методика определения защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов.
По результатам проведенных исследований разработаны рекомендации по выбору конструктивных решений сборно-разборных защитных экранов.
Методическая основа работы. Методика определения защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов выполнена на основе использования методов системного анализа, математического и экспериментального мо-
5 делирования реальных конструкций защитных экранов, комплексного изучения радиационных и технико-экономических показателей конструктивных решений защитных экранов.
Научная новизна работы.
Впервые проведены комплексные расчетно-экспериментальные исследования защитной эффективности сборно-разборных экранов от нейтронов с энергией 14,8 МэВ.
Получены новые расчетно-экспериментальные данные о защитной эффективности монолитных экранов.
Проведен сравнительный анализ защитной эффективности монолитных и сборно-разборных защитных экранов от нейтронов с энергией 14,8 МэВ.
Получены полуэмпирические зависимости для разработки методики определения защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов ТЯУ.
Разработана методика определения защитной эффективности сборно-разборных экранов ТЯУ.
Практическая ценность работы. Предложены новые конструктивные решения защитных экранов в зданиях ТЯУ, отвечающие требованиям эксплуатации, планово-предупредительных ремонтов и вывода установки из эксплуатации. Разработаны методические указания по определению защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов в ТЯУ. Даны рекомендации по выбору класса точности изготовления и допусков на монтаж блоков сборно-разборных защитных экранов.
Достоверность результатов обеспечивается сходимостью расчетных данных с данными экспериментов, использованием для исследования современных методов и метрологически аттестованных приборов. Достоверность положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверясдается непосредственным сравнением с данными базовых экспериментов и применением подходов, используемых в мировой праісгике при решении проблемы обеспечения радиационной безопасности ТЯУ.
Внедрение результатов. Результаты работы использованы при проектировании защиты термоядерной установки "Т-15" в ГИПРОНИИ Российской АН и строительстве защитных конструкций для экспериментальной установки с генератором нейтронов с энергией 14,8 МэВ "НГ-200" ЭНИН им. Г.М. Кржижановского (г. Москва) и подтверждены актами внедрения.
На защиту выносятся:
обоснование актуальности, практической значимости и научной новизны комплексного исследования защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов ТЯУ;
результаты комплексных расчетно-экспериментальных исследований монолитных и сборно-разборных защитных экранов от нейтронов с энергией 14,8 МэВ;
методика определения защитной эффективности сборно-разборных защитных экранов;
рекомендации по выбору конструктивных решений защитных сборно-разборных экранов ТЯУ.
Апробация. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на V Всесоюзной конференции по защите от ионизирующих излучений ядерно-технических установок, VI и VII Российских научных конференциях по защите от ионизирующих излучений ядерно-технических установок, на международных конференциях ANNUAL MEETING ON NUCLEAR TECNOLOGY'95 и 96, на научных семинарах кафедры Строительства ядерных установок и конференциях МГСУ, а также научных семинарах ЭНИН им. Г.М. Кржижановского и ГипроНИИ АН России и одобрены в их решениях.
Работа выполнена на кафедре Строительства ядерных установок МГСУ. Экспериментальные образцы были изготовлены на полигонах Центракадемст-роя АН России, расчетные исследования проведены в объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна); экспериментальные исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории проблем термоядерного синтеза ЭНИН им. Г.М. Кржижановского.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ и получено 2 акта внедрения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
глав, общих выводов, списка использованных источников из /&'? наименова
ний и приложений. Она изложена на f7 страницах и содержит ~^> ри
сунков и <-?6 таблиц.