CC BY
101
7. Зимин В.П. Изображение и анализ граничных условий для уравнения теплопроводности на фазовых плоскостях // Известия Томского политехнического университета. - 2011. -Т. 318. - №4. - С. 29-33.
8. Зимин В.П. Развитие метода фазовой плоскости для анализа решений краевых задач // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 321. - № 2. - С. 17-21.
9. McCandless R.J., Wilkins D.R., Derby S.L. Theory of thermionic converter volume phenomena // IEEE Conf. Record of 1969 Ther-
mion. Convers. Spes. Conf. - Carmel, California (USA), Oct., 1969. - P. 163-169.
10. Руманов Э.Н. Критические явления вдали от равновесия // Успехи физических наук. - 2013. - Т. 183. - № 1. - С. 103-112.
Поступила 19.02.2013 г.
УДК 621.384.64:539.12.04
ЧАСТОТНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ С ДВУМЯ РАЗНОПОЛЯРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ
А.И. Мащенко
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Представлена электрическая схема частотного линейного индукционного ускорителя с магнитной коммутацией, формирующего на нагрузке последовательность двух разнополярных импульсов, отделенных друг от друга временным интервалом. Даны методика расчета элементов схемы и результаты расчета параметров выходных импульсов ускорителя при моделировании его работы на активную нагрузку. Полученные расчетные параметры выходных импульсов показывают принципиальную возможность прикладного использования таких ускорителей, например, в технологических процессах в области материаловедения.
Ключевые слова:
Линейный индукционный ускоритель, магнитный импульсный генератор, разнополярные импульсы напряжения, омическая нагрузка.
Key words:
Linear induction accelerator, magnetic pulsed generator, bipolar voltage pulse, ohmic load.
Введение
Линейные индукционные ускорители (ЛИУ) с магнитной коммутацией, разработанные в Физикотехническом институте ТПУ, используются в основном в качестве источников питания релятивистских СВЧ приборов [1]. Отсутствие в ЛИУ на магнитных элементах газоразрядных коммутаторов снимает принципиальные ограничения на частоту повторения импульсов. В продолжительном режиме работы эта частота ограничена тепловыми нагрузками на элементы ЛИУ, в первую очередь на сердечники магнитных коммутаторов (дросселей насыщения), а при кратковременном включении ускорителя в режиме пакета импульсов с еще меньшим периодом следования - частотными возможностями тиристорного зарядного устройства, т. е. временем восстановления тиристоров и временем заряда накопителя первичного источника питания [2]. Эффективность применения ЛИУ с магнитной коммутацией энергии в проводимых экспериментальных исследованиях обусловлена высокой стабильностью их выходных параметров, высокой частотой следования импульсов, достигающей нескольких килогерц, и практически неограниченным ресурсом работы. Такой ускоритель может работать в любом однополярном режиме: отрицательном, когда нагрузкой является, например, реляти-
вистский магнетрон, или положительном - при работе на отражательный триод. Полярность рабочих импульсов ЛИУ может изменяться перестановкой клемм на выходе первичного источника питания.
С целью расширения функциональных возможностей ЛИУ на магнитных элементах, например, для их практического применения в технологических процессах в области материаловедения, необходимо создать устройство, способное сформировать на нагрузке два высоковольтных разнополярных импульса напряжения с временной задержкой между ними [3]. Решение данной задачи позволило бы в случае прикладного использования такой установки повысить ее производительность, эффективность и надежность, а также значительно упростить эксплуатацию.
В настоящей работе представлены схема, методика расчета параметров элементов и результаты моделирования работы ЛИУ с магнитной коммутацией энергии, способного формировать на нагрузке два разнополярных импульса, разделенных временным интервалом, при одном срабатывании первичного источника питания и с высокой частотой посылок сдвоенных импульсов.
При разработке ускорителя с разнополярными импульсами за основу была принята схема построения действующего ЛИУ 0,4/6 [4].
Электрическая схема
На рис. 1 представлена принципиальная электрическая схема ЛИУ. Основными узлами ЛИУ являются ферромагнитная индукционная система (ИС), формирующая рабочие импульсы в нагрузке; первичный накопитель С0 с тиристорным коммутатором Т; импульсный трансформатор (ИТ); магнитный импульсный генератор (МИГ), состоящий из звеньев сжатия с конденсаторами С1, С2, С3, С4 и дросселями насыщения Ь1, Ь2, Ь3 и служащий для согласования параметров выходного импульса первичного накопителя С0 с параметрами импульса заряда емкостей С5 и С6; дроссель насыщения Ь4, служащий для перезаряда емкости С5; магнитный коммутатор Ь5, переключающий заряженные емкости С5 и С6 на витки намагничивания ИС; емкость С7, обеспечивающая инвертирование импульсов в нагрузке в процессе своего заряда и разряда; дроссель насыщения Ь6, предназначенный для создания требуемой временной паузы Л^ между сдвоенными импульсами разной полярности и переключения заряженной емкости С7 на витки намагничивания ИС; омический эквивалент нагрузки ЯН.
Емкость С0 выполнена из конденсаторов типа К75-81 (20 мкФ, 1600 В), соединенных параллельно. Звенья сжатия МИГ содержат емкости С1, С2, С3 и С4 в виде сборок параллельно-последовательно включенных конденсаторов типа К75-74 (0,1 мкФ, 40 кВ и 0,047 мкФ, 40 кВ). Для формирования на выходе ускорителя импульсов, близких по виду к трапецеидальным, емкости С5, С6 и С7, условно показанные в виде конденсаторов с сосредоточенными параметрами, выполнены по технологии полосковых формирующих линий.
Индукционная система, импульсный трансформатор, дроссели насыщения Ьи Ь2, Ь3, Ь4, Ь6 и магнитный коммутатор Ь5 построены на тороидальных сердечниках различных диаметров, изготовленных из ферромагнитной ленты шириной 25 мм и толщиной 0,01 и 0,02 мм пермаллоевого сплава марки 50 НП с коэффициентом заполнения сердечников сталью ~ 0,8.
Принцип работы
Заряд емкости С0 первичного источника питания осуществляется при протекании тока по первичной обмотке импульсного трансформатора, сердечник которого при этом перемагничивается до области отрицательного насыщения. При включении тиристорного коммутатора Т емкость С0 разряжается через импульсный трансформатор на емкости С1 и С2 входного звена МИГ по двум контурам. Емкость С! заряжается непосредственно от вторичной обмотки ИТ, а емкость С2 заряжается током, протекающим через обмотки дросселей !1, Ь2, Ь3и Ь4и переводящим их в состояние насыщения. При заряде емкости С1 и С2 включены в контуре параллельно. По окончании передачи энергии из С0 в С1 и С2 под действием напряжения на С1, приложенного к вторичной обмотке ИТ, его сердечник начинает перемагничиваться в обратном направлении. ИТ насыщается, что приводит к перезаряду емкости С1 через его вторичную обмотку и удвоению (без учета потерь) напряжения на противоположных выводах емкостей С1 и С2 при их последовательном включении по сравнению с напряжением заряда. Под действием напряжения иС(1)=иС1(1)+иС2(1) дроссель Ьх выходит из состояния отрицательного насыщения и начинает пере-магничиваться. Он насыщается, но уже в положительной области, и начинается разряд последовательно соединенных емкостей С1, С2 (суммарная емкость С1-2=0,5С1=0,5С2) на емкость С3. Дальнейшая передача энергии от звена к звену с последовательным временным сжатием импульсов в звеньях С3, Ь2 и С4, Ь3 в 3-4 раза осуществляется при равной величине напряжения.
Выражение, определяющее зависимость конструктивных параметров дросселей насыщения от требуемого времени передачи энергии в звеньях МИГ, записывается в виде:
ги+1(р - а)ккнлв
и "+1
+1
где ЛЬп - интервал времени передачи энергии из емкости Сп в емкость Сп+1; Л^+1 - интервал времени перемагничивания дросселя ¿п+1; Ь'п - суммарная индуктивность контура, состоящая из индуктивности обмотки дросселя Ьп в насыщенном состоянии его сердечника, индуктивности токовводов ЬТ и индуктивности конденсаторов ЬС; Сп - емкость разряда; Сп+1 - емкость заряда; Тп+1 - потокосце-пление дросселя Ьп+{, исрп+1=ип+1/2 - среднее значение напряжения, приложенного к обмотке дросселя Ьп+{, ип+1 - амплитудное значение напряжения на конденсаторе Сп+1; Wn+1 - число витков обмотки
дросселя і„+1; £и+1 = -
Б-<
2
-НкЫ - общая площадь
поперечного сечения сердечников дросселя Д,+1; 5, й, Н - внешний, внутренний диаметры и ширина ленты сердечника; & - коэффициент заполнения сталью объема сердечника; N - число сердечников; ЛВ - приращение индукции (для пермаллоя 50 НП ЛВ=2,5Тл).
Индуктивность обмотки дросселя Ьп в насыщенном состоянии сердечника равна:
К = 7Т К Ч 1п Б,
2п
(2)
Ли =п К
, ^(С + С,) С + с5 + с6
У4
иср
К ^4 ЛВ (3)
, и ’
ср.4 ср.4
где T4=W4S4ЛB - потокосцепление дросселя насыщения і4; W4 и S4 - число витков и площадь поперечного сечения сердечника дросселя Ь4;
Цр.4 - иС5-6
с
С4 + С5 + с6
среднее значение на-
пряжения, приложенного к обмотке дросселя Ь4; иС5-6 - амплитудное значение зарядного напряжения параллельно включенных емкостей С5 и С6. 13 - суммарная индуктивность контура, состоящая из индуктивности обмотки насыщенного дросселя Ь3, которая определяется по уравнению (2), индуктивности то-ковводов ЬТ3 и индуктивности конденсаторов ЬС456.
Для полной передачи энергии из конденсаторов звеньев сжатия МИГ в формирующие линии С5 и С6 следует выбирать их емкости в соотношении 0,5С1=0,5С2=С3=С4=2С5=2С6=С. В этом случае (без учета потерь) величины разрядного напряжения на С1, С2 и зарядного напряжения на С3, С4 и С5, С6 (включенных параллельно) будут равны.
В процессе заряда под действием напряжения формирующей линии С5 сердечник дросселя ¿4 начнет перемагничиваться. Срабатывание дросселя Ь4 при его насыщении происходит в тот момент времени, когда ток 1С4=1С5+1С6 в цепи разряда емкости С4 и заряда емкостей С5 и С6 упадет до нуля. В это время начинается процесс перезаряда линии С5 через обмотку дросселя Ь4, который приводит к изменению полярности линии С5 на противоположную и включению емкостей С5 и С6 последовательно. Суммарная емкость формирующих линий С5 и С6 при этом уменьшится в 4 раза по отношению к их параллельному включению (С4=0,5С5=0,5С6), а напряжение на противоположных электродах линий к концу процесса перезаряда удвоится (без учета потерь) по сравнению с зарядным напряжением. Интервал времени перезаряда Л^ линии С5 будет равен:
где Жп - число витков обмотки дросселя Ьп; Бп и йп - внешний и внутренний диаметры обмотки; ап - аксиальный размер обмотки.
Разряд конденсатора С4 и заряд формирующих линий С5 и С6, включенных в этот момент времени в цепи параллельно, происходит после насыщения дросселя Ь3 (дроссель ¿4 в это время ненасыщен) по двум контурам. Линия С5 заряжается током, протекающим через обмотку насыщенного дросселя Ь3. Зарядный ток линии С6 протекает по обмоткам дросселя Ь3, магнитного коммутатора Ь5 и переключающего дросселя Ь6. Этот ток одновременно является размагничивающим током для сердечников коммутатора Ь5 и дросселя Ь6. К магнитному коммутатору Ь5 напряжение в это время не прикладывается, так как по отношению к нему емкости С5 и С6 заряжаются встречно. Временной интервал передачи энергии при этом будет равен:
Л^5 = К4С5 ’
(4)
где ¿4 - индуктивность контура, состоящая из индуктивности обмотки насыщенного дросселя Ь4, индуктивности токовводов ЬТ4 и индуктивности конденсаторов ЬС5.
Нарастающее напряжение на последовательно включенных линиях С5 и С6 прикладывается к обмотке магнитного коммутатора Ьь. Через обмотку магнитного коммутатора начинает протекать пере-магничивающий ток. Величину потокосцепления Т5 магнитного коммутатора Ь5 следует выбирать из следующего условия: сердечник магнитного коммутатора должен насытиться в момент окончания перезаряда линии С5, т. е. должно выполняться условие:
55ЛВ ъяф&и^в, (5)
где W5и Б5- число витков обмотки и площадь поперечного сечения сердечника магнитного коммутатора Ь5; иср 5-6=0,5(иС5+иС6) - среднее напряжение, действующее на витки обмотки магнитного коммутатора Ь5 при перезаряде линии С5 и включении последовательно линий С5 и С6; иС5 и иС6 -амплитудное значение зарядного напряжения линий С5 и С6.
После насыщения сердечника магнитного коммутатора Ь5 включенные последовательно линии С5 и С6 начнут разряжаться через обмотку магнитного коммутатора Ь5 на витки намагничивания ИС и формирующую линию С7. Переключающий дроссель Ь6 находится в это время в ненасыщенном для рабочего тока состоянии. Эквивалентной для данного процесса является схема разряда заряженного конденсатора с емкостью С=0,5С5=0,5С6 и на-
чальным напряжением и=ис5+иС6 на цепь из второго конденсатора с емкостью С7, индуктивности контура ЬР1 и сопротивления Я. В случае апериодического процесса величина максимального тока 1В1 в контуре и напряжение заряда ЦС7 линии С7 определяются выражениями [5]:
/„, =- ^ и6 (е* - ер2);
2аЬР
0 5С
а- п0^-Ьт(Рс 5 + ис б) +
0,5С5 + С7
0,5-5 „Г , ^ „ -
2а(0,5С5 + С7)
Р\ = -Ь + а; р =
(^ 5 + и с б)( ^2 ел' + р^);
Я
2Ь„
1
т с
0,5С5С7 0,5С5 + С7
(6)
0,5С5С7 0,5С5 + С7
(7)
где иср7=ис7/2 - среднее значение напряжения, приложенного к виткам обмотки переключающего дросселя Ь6; ис7 - амплитудное значение напряжения на линии С7; Л^ - интервал времени задержки между разнополярными импульсами в нагрузке Ян, который задается в техническом задании на проектирование устройства; W6и Б6 - число витков и площадь поперечного сечения сердечника дросселя Ь6.
Нарастающим напряжением на формирующей линии С7 переключающий дроссель Ь6 перемагни-чивается. После временной паузы Л^ дроссель Ь7 срабатывает и в витки намагничивания ИС вводится обратный ток (ток разряда линии С7) и энергия линии С7 переводится в нагрузку. Максимальная величина разрядного тока 1Я2 формирующей линии С7 через обмотку дросселя насыщения Ь6 и витки намагничивания ИС на омическую нагрузку Я в момент времени t1 определяется следующими соотношениями [5]:
где 0,5С5 - эквивалентная емкость последовательно включенных формирующих линий С5 и С6 при условии С5=С6; ЦС5+ЦС6 - напряжение разряда последовательно включенных линий С5 и С6, равное сумме их зарядных напряжений; Я=ЯН/п2 - приведенное к первичной цепи ускорителя сопротивление нагрузки; Ян - сопротивление нагрузки; п -число сердечников ИС; ЬР1=Ьь+ЬЯ+Ь8+ЬФ+ЬМ1 - индуктивность разрядной цепи; Ь5 - индуктивность обмотки магнитного коммутатора в насыщенном состоянии сердечника; ЬЯ - индуктивность нагрузки Ян, приведенная к первичной цепи; ЬБ - индуктивность рассеяния ИС; ЬФ - индуктивность формирующих линий С5, С6 и С7; ЬМ1 - индуктивность монтажа контура разряда.
Ток заряда линии С7 одновременно является перемагничивающим током индукционной системы, способствующим формированию в нагрузке ЯН первого высоковольтного импульса тока 1Н с напряжением ин отрицательной полярности, длительность т которого определяется:
и
А,2 = -
2аТР
Я
------±
2
-(-еЛ' + е’2');
Я2
т с
Р 2 7
1 , Р
2а = р - р; ?1 = — 1п—, 2а р
(9)
где ЬР2=Ь6+ЬЯ+Ь+ЬФ7+ЬШ2 - индуктивность разрядного контура; Ь6 - индуктивность обмотки насыщенного дросселя Ь6; ЬЯ - индуктивность нагрузки, приведенная к первичной цепи; ЬБ - индуктивность рассеяния ИС; ЬФ7 - индуктивность одинарной формирующей линии С7; Ьи2 - индуктивность монтажа контура разряда.
При этом в нагрузке ЯН формируется второй высоковольтный импульс тока 1Н с напряжением ин положительной полярности, длительность которого т2 определяется:
Т2 Тр2С7 •
(10)
Для эффективной передачи энергии следует выбирать емкости формирующих линий в соотношении 0,5С5=0,5С6=С7=С. В этом случае величина напряжения заряда формирующей линии С7 будет близка к величине зарядного напряжения последовательно включенных линий С5 и С6.
После передачи энергии из емкостей С5 и С6 в нагрузку ЯН и в емкость линии С7 последняя остается заряженной до тех пор, пока переключающий дроссель Ь6 не перейдет в насыщенное состояние. Величина потокосцепления Т6 дросселя Ь6 определяет временную задержку между первым (отрицательным) и вторым (положительным) импульсами в нагрузке ЯН и вычисляется по выражению:
^6 = Цср.7 (т +Л'И) = Ж ^ЛБ, (8)
После проведенного расчета необходимо уточнить основные параметры ускорителя: емкости конденсаторов и напряжения на них, объемы сердечников, числа витков обмоток и др. Полученные данные позволяют выполнить конструктивный расчет дросселей, индукционной системы, трансформатора, сборок конденсаторов МИГ и формирующих линий и вновь уточнить исходные величины электрических параметров элементов ЛИУ.
Конструктивное исполнение элементов ЛИУ следующее. Индукционная система состоит из 14 тороидальных ферромагнитных сердечников прямоугольного сечения размером К380х140х25 (внешний диаметр-внутренний диаметр-ширина в мм) и толщиной ленты 0,01 мм. На каждом сердечнике (индукторе) размещен 1 виток намагничивания. Емкость первичного источника С0=1080 мкФ. Конденсаторы звеньев сжатия МИГ имеют емкости С!=С2=0,6 мкФ, С3=0,25 мкФ,
1
С4=0,24 мкФ. Емкость каждого следующего звена сжатия выбирается несколько меньше емкости предыдущего. В результате компенсируется уменьшение напряжения в звеньях из-за активных потерь при передаче энергии. Этот метод используется и при выборе величины емкостей параллельно включенных формирующих линий С5 и С6 относительно емкости конденсатора С4 последнего звена сжатия МИГ. Формирующие линии состоят из наборов полосковых медных электродов с межслой-ной изоляцией из синтофлекса и имеют емкости с5=С6=0,1 мкФ и С7=0,05 мкФ. Конструктивно формирующие линии для компактности устройства намотаны снаружи сердечников индукционной системы. Дроссель Ь1 выполнен из 6 сердечников размером К250х110х25 (толщина ленты 0,02 мм) и имеет 13 витков обмотки. Дроссель Ь2 содержит также 6 сердечников К250х110х25, но число витков обмотки равно 4. Дроссель Ь3 изготовлен из 5 сердечников размером К420х220х25 (толщина ленты 0,01мм) и имеет 1 виток. Дроссель насыщения Ь4, включенный параллельно выходу МИГ и выводам формирующей линии С5, содержит 1 сердечник К380х150х25, обмотка имеет 1 виток. Магнитный коммутатор Ь5 выполнен из одного сердечника К420х150х25 (пермаллоевая лента толщиной 0,01 мм) с одновитковой обмоткой. Дроссель Ь6 изготовлен из 3 сердечников размером К380х180х25 пермаллоевого сплава марки 50 НП с толщиной ленты 0,01 мм, обмотка имеет
1 виток. Все эти элементы высоковольтного модуля ЛИУ размещены в цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали с внутренним диаметром 670 мм, заполненном трансформаторным маслом.
Результаты моделирования
Для исследования работы ЛИУ данного типа с указанными выше параметрами элементов была принята за основу схема моделирования, разработанная ранее для ЛИУ 04/6 [4, 6]. Отметим, что расчет ЛИУ, проведенный по уравнениям (1)-(10), является предварительным. В модели расчет выполнялся по эквивалентной схеме, в которой дополнительно вводились активные сопротивления и индуктивности соединительных проводников и элементов в сборках, «паразитные» емкости и индуктивности импульсного трансформатора и индукционной системы. Потери энергии в ферромагнитных сердечниках, в меди проводников обмоток и соединений, в диэлектрике конденсаторов и формирующих линий учитывались введением в схему эквивалентных сопротивлений потерь.
При напряжении первичного источника питания ис0=1 кВ в расчетах были получены следующие значения напряжений на элементах, конденсаторах звеньев сжатия МИГ и формирующих линиях: вторичная обмотка импульсного трансформатора иИТ2=29,2 кВ, ис1+ис2=57,9 кВ, ис3=58 кВ, ис4=54 кВ, ис5+ис6=106 кВ, иС7=85,3 кВ. Параметры выходных разнополярных импульсов на омической нагрузке ДН=100 Ом (рис. 2): отрицательный - амплитуда тока составляет 3,2 кА при на-
пряжении 320 кВ, длительность импульса по основанию равна 115 нс; положительный - амплитуда тока 4,7 кА при напряжении 470 кВ, длительность по основанию 135 нс; время задержки между импульсами равно 240 нс. Варьируя величинами емкостей формирующих линий С5, С6 и С7, можно изменять амплитуды и длительности обоих импульсов в нагрузке ЯН, а меняя величину потокос-цепления ^6 переключающего дросселя Ь6, можно изменять временную задержку между отрицательным и положительным импульсами. Например, если в данной схеме с указанными выше расчетными параметрами элементов ускорителя переключающий дроссель Ь6 изготовить из 2 сердечников К380х150х25 из сплава марки 50 НП с толщиной ленты 0,01 мм и одновитковой обмоткой, то уменьшенное потокосцепление дросселя Ь6 обеспечит времен ой интервал между импульсами 160 нс.
11, кВ I, кА
Рис. 2. Импульсы напряжения (1) и тока (2) ЛИУ на омической нагрузке при одном срабатывании его первичного источника питания
Заключение
Таким образом, схемная реализация двухконтурной передачи энергии в линейном индукционном ускорителе от формирующих линий С5 и С6 к индукционной системе с использованием формирующей линии С7 и переключающего дросселя Ь6 позволяет получать в нагрузке ДН два разнополярных импульса напряжения с временным интервалом подачи Д£И и высокой частотой следования рабочих циклов, достигающих нескольких килогерц. Причем полярность импульсов в паре может меняться на противоположную простым переключением выходных клемм первичного источника питания С0. Первый импульс в нагрузке Дн формируется при передаче энергии из линий С5 и С6 к индукционной системе и линии С7 (ее заряду), а второй (инвертированный) - при передаче энергии из линии С7 (ее разряду) к индукционной системе. В процессе работы зарядные и разрядные токи формирующих линий С5, С6 и С7, благодаря разным направлениям протекания, автоматически производят перемагничивание сердечников магнитного коммутатора Ь5, дросселя Ь6 и индукционной системы, что исключает необходимость применения посторонних источников размагничивания в частотном цикле работы.
Проведенное моделирование функционирования разработанного линейного индукционного ускорителя на активную нагрузку и полученные при этом параметры выходных сдвоенных разнополярных импульсов высокого напряжения показывают принципиальную возможность использования такого ускорителя, например, в качестве мощного импульсного источника питания диодных систем, работающих в двухимпульсном режиме и создающих
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Винтизенко И.И., Жерлицын А.Г., Рябчиков А.И., Юшков Ю.Г. Разработка релятивистских СВЧ генераторов в НИИ ядерной физики при ТПУ // Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306. - № 1. - С. 101-105.
2. Меерович А.А., Ватин И.М., Зайцев Э.Ф., Кандыкин В.М. Магнитные генераторы импульсов. - М.: Сов. радио, 1968. - 476 с.
3. Ремнев Г.Е., Исаков И.Ф., Опекунов М.С., Матвиенко В.М. Источники мощных ионных пучков для практического применения // Известия вузов. Физика. - 1998. - № 4. - Приложение. - С. 92-111.
ионные пучки для технологических применений в области материаловедения. Высокая стабильность амплитудных и временных параметров выходных разнополярных импульсов, большая частота повторения сдвоенных импульсов и большой ресурс работы без профилактических мероприятий позволяет поднять качество технологического процесса, увеличить производительность и надежность установки при снижении эксплуатационных расходов.
4. Мащенко А.И. Оптимизация параметров линейного индукционного ускорителя с магнитной коммутацией энергии // Известия вузов. Физика. - 2010. - Т. 53. - № 10/2. - С. 82-85.
5. Гинзбург С.Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. - М.: Высш. школа, 1967. - 387 с.
6. Мащенко А.И. Линейный индукционный ускоритель с удвоением напряжения в выходном звене магнитного генератора // Извести вузов. Физика. - 2011. - Т. 54. - № 11/2. - С. 75-80.
Поступила 25.12.2012 г.
УДК 621.039.58: 532.529.5
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК В ИМПУЛЬСНЫХ ИСПЫТАНИЯХ НА ИМПУЛЬСНОМ ГРАФИТОВОМ РЕАКТОРЕ
В.А. Витюк, А.Д. Вурим, И.В. Шаманин*, С.Б. Козловский*
Институт атомной энергии НЯЦ РК, Курчатов, Казахстан *Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Представлена расчетно-экспериментальная методика контроля энерговыделения в тепловыделяющих сборках при их испытаниях в центральном экспериментальном канале импульсного исследовательского ядерного реактора. Приведены результаты апробации методики в ходе выполнения серии испытаний с экспериментальным устройством, предназначенным для изучения поведения модельных тепловыделяющих сборок реакторной установки типа ВВЭР-1000 в условиях, моделирующих заключительную фазу аварии с потерей теплоносителя.
Ключевые слова:
Импульсный исследовательский ядерный реактор, ядерное топливо, испытания, тепловыделение, контроль.
Key words:
Pulsed research nuclear reactor, nuclear fuel, test, heat emission, monitoring.
Имитационные испытания тепловыделяющих сборок (ТВС) энергетических реакторов в исследовательских реакторах остаются одним из общепризнанных и надежных методов получения экспериментальной информации, используемой как для верификации существующих и разрабатываемых компьютерных кодов, описывающих поведение топлива энергетических реакторов в различных режимах, включая аварийные, так и для прямой экспериментальной оценки работоспособности ТВС.
Важной задачей при проведении таких исследований является определение энергетических параметров экспериментов (мощность и энерговыделение в топливе экспериментального устройства), которые необходимы как для правильной интерпре-
тации их результатов, так и для повышения точности реализации заданного энерговыделения. На исследовательских реакторах, обеспечивающих возможность реализации продолжительных стационарных режимов, определение энергетических параметров ТВС часто выполняется балансовыми методами, среди которых метод стационарного определения энерговыделения теоретически позволяет обеспечить точность до 1 %. При его применении в практике внутриреакторных исследований по данным [1, 2] точность определения энергетических параметров ТВС достигает значения 3...4 %.
Эксплуатационные возможности импульсного графитового реактора (ИГР) [3] позволяют реализовывать исследования, направленные на получе-
