Neutron noise analysis of the vibration state of fifth-generation fuel assemblies
https://doi.org/10.26583/gns-2025-04-07
EDN: MWTZVK
Abstract
The article considers the issues of vibration monitoring of fuel assemblies based on the analysis of neutron noise during the processing of current signals from direct charge sensors. The principles of estimating the vibration state of fuel assemblies based on spectral characteristics are disclosed. The advantages of neutron noise control methods are formulated, the main of which are passivity, the use of standard equipment and the ability to assess the vibration state of the fuel assembly during operation of the unit at power. The differences between TVS-5 and standard fuel assemblies for VVER-1200 reactor installations are briefly described. For the first time, neutron noise analysis of fifth-generation fuel assemblies (TVS-5) as part of the seventh fuel campaign at unit 1 of Novovoronezh NPP-2 in the low-frequency and high-frequency ranges has been performed. In the low-frequency range, a complete coincidence of the spectral characteristics of the TVS-5 and the standard TVS was noted. Based on experimental data, an important conclusion is drawn that the fuel assemblies-5 do not stand out in terms of vibration relative to regular fuel assemblies. At the same time, a difference was noted between the experimentally recorded resonances in the fuel assembly spectral characteristics and the set of frequencies for which theoretical modelling and calculation of the stress-strain state of the fuel assembly were performed. The differences are noted between the TVS-5 and regular TVS spectra in the high-frequency range. The authors have identified frequencies that are common to TVS-5 and regular fuel assemblies, but there are also frequencies that are registered only for a certain type of fuel assemblies. Taking into account that neutron noise in the high-frequency range has not been assessed previously, it is too early to draw conclusions, and further work on existing nuclear power plant units is necessary
About the Authors
G. V. Arkadov
«Rise» non-profit partnership for system engineering development support
Russian Federation
Russian Federation
Cand. Sci. (Engin), Director General
M. T. Slepov
Novovoronezh Nuclear Power Plant the branch of the Russian Concern for the Production of Electric and Thermal Energy at Nuclear Power Plants
Russian Federation
Russian Federation
Dr. Sci. (Engin.), Head of the Department
References
1. Литвинов И.И. Фабрикация МОКС-топлива с минорными актинидами. Новая технологическая платформа атомной энергетики: Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня основания Сибирского химического комбината. Северск, 23–25 апреля 2024 года. Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2024. С. 15. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=69113383&ysclid=midamhkcmg546763372 (дата обращения: 26.08.2025).
2. Брянский М.Н., Дружинин Р.И., Лаптев С.К. Разрешение кризиса развития современной ядерной энергетики за счет эксплуатации СНУП топлива. Инновации в атомной отрасли: проблемы и решения: Отраслевая научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященная 60-летию СТИ НИЯУ МИФИ в рамках научной сессии НИЯУ МИФИ, Северск, 09–13 декабря 2019 года. Северск: Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 2019. С. 18. Режим доступа: https://www.sti.mephi.ru/index.php?do=download&id=1018&area=static&ysclid=midb2xfbaq965767481 (дата обращения: 26.08.2025).
3. Фам В.Х., Терехова А.М., Сахаува Р.М., Тишина И.А. Обоснование возможности использования ТВС с РЕМИКС топливом в активной зоне реакторов ВВЭР. Будущее атомной энергетики: Тезисы докладов XIV Международной научно-практической конференции, Обнинск, 29–30 ноября 2018 года. Часть 1. Обнинск: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2019. С. 71–72. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=cewoww&ysclid=midb8fec53452735993 (дата обращения: 26.08.2025).
4. Драгунов Ю.Г., Рыжов С.Б., Васильченко И.Н., Кобелев С.Н. Проблемы и решения по разработке и внедрению конструкции ТВС-2М с увеличенной загрузкой топлива для перспективных топливных циклов с удлиненными кампаниями. Сборник трудов ОКБ «Гидропресс». Выпуск 7, Часть 3. Подольск: Гидропресс, 2007 С. 631–638. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20360104&pff=1 (дата обращения: 26.08.2025).
5. Аркадов Г.В., Слепов М.Т. Нейтронно-шумовые методы контроля активных зон ВВЭР. Глобальная ядерная безопасность. 2024;14(4):55-70. https://doi.org/10.26583/gns-2024-04-06
6. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Слепов М.Т. Анализ «быстрых» шумовых измерений динамических процессов ВВЭР. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2023;4:19–36. https://doi.org/10.26583/npe.2023.4.02
7. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Слепов М.Т. Анализ шумовой составляющей сигналов датчиков прямого заряда на маневренных режимах ВВЭР. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2023;4(143):51–61. doi: 10.46960/1816-210X_2023_4_51
8. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Слепов М.Т. Виброакустика в приложениях к реакторной установке ВВЭР-1200: Монография. Москва: Наука, 2018. 472 с. ISBN978-5-02-040138-9. Режим доступа: https://elib.biblioatom.ru/text/arkadov_vibroakustika_2018/p2/ (дата обращения: 08.09.2025).
9. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Слепов М.Т. Шумовой мониторинг в приложениях к реакторной установке ВВЭР-1200: Монография. Москва: Наука, 2021. Ч.1. 222 с. ISBN 978-5-02-040869-2 Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?edn=okrpeg&ysclid=mfmah2t689587940434 (дата обращения: 08.09.2025).
10. Слепов М.Т. Методология комплексного шумового контроля оборудования ВВЭР-1200: Диссертация доктора технических наук по специальности 2.4.9. Москва, 2025. 307 с. Режим доступа: https://cat.gpntb.ru/index.php?id=EC/ShowFull&bid=d85d6ba3b1cdeda6ed461dfbbff281ee&irbDb=ESVODT (дата обращения: 08.09.2025).
11. Павелко В.И., Слепов М.Т., Хайретдинов В.У. Опыт проведения комплексных измерений с использованием разнородных систем на различных этапах пуска энергоблока ВВЭР-1200. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2016;4:44–54. https://doi.org/10.26583/npe.2016.4.05
12. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Усанов А.И. Виброшумовая диагностика ВВЭР. Под ред. А.А. Абагян. Москва: Энергоатомиздат, 2004. 344 с. ISBN 5-283-00787-1. Режим доступа: https://diaprom.ru/publication/?id=7 (дата обращения: 08.09.2025).
13. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Поваров В.П., Слепов М.Т. Практические возможности и перспективы развития нейтронно-шумовой диагностики активных зон ВВЭР. Вопросы атомной науки и техники. Серия «Ядерно-реакторные константы». 2022;1:74–82. Режим доступа: https://vant.ippe.ru/year2022/1/radiation-technologies/2117-7.html (дата обращения: 08.09.2025).
14. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Слепов М.Т. Вибросостояние корпуса и внутрикорпусных устройств реакторной установки ВВЭР-1200. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2022;1(136):54–67. https://doi.org/10.46960/1816-210X_2022_1_54.
15. Поваров В.П., Голубев Е.И., Жук М.М. Физика реактора ВВЭР-1200 и эксплуатационные вопросы: Научно-практическое пособие. Филиал АО «Концерн Росэнергоатом» «Нововоронежская атомная станция», 2025. Белгород: Константа, 2025. 332 с. ISBN 978-5-907903-23-4. Режим доступа: https://openrepository.mephi.ru/entities/publication/24945c8f-a0a0-440b-a4ac-14b97d9b2d59 (дата обращения: 29.08.2025).
16. Драгунов Ю.Г., Дранченко Б.Н., Абрамов В.В., Хайретдинов В.У. Вибродинамические исследования в обоснование проектных решений ВВЭР. Сборник докладов 5-й Международной научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», 29 мая – 1 июня 2007 г., ОКБ «Гидропресс», Подольск. Т. 2. С. 356–375. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000200_000018_RU_NLR_bibl_1181595/ (дата обращения: 29.08.2025).
17. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Поваров В.П., Слепов М.Т. Феноменология акустических стоячих волн применительно к реакторной установке ВВЭР-1200. Известия вузов. Ядерная энергетика. 2021;4:110–121. https://doi.org/10.26583/npe.2021.4.10
18. Аркадов Г.В., Слепов М.Т. Поле акустических стоячих волн в контурах циркуляции ВВЭР. Теплоэнергетика. 2025;4:51–63. https://doi.org/10.56304/S0040363625700778
19. Аркадов Г.В., Павелко В.И., Поваров В.П., Слепов М.Т. Оценка вибраций ГЦНА при совместном использовании диагностических систем. Новое в российской электроэнергетике. 2022;6:33–40. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48728937 (дата обращения: 29.08.2025).
Supplementary files
Review
Рассмотрена статья «Нейтронно-шумовой анализ вибрационного состояния тепловыделяющих сборок пятого поколения (ТВС-5)».
Статья посвящена актуальной проблеме вибрационного мониторинга перспективных тепловыделяющих сборок ТВС-5 с использованием методов нейтронно-шумовой диагностики. Актуальность темы не вызывает сомнений, поскольку внедрение новой конструкции ТВС, предназначенной для работы в составе двухкомпонентной ядерной энергетики с замыканием топливного цикла, требует экспериментального подтверждения её эксплуатационной надёжности, включая вибропрочность.
Авторами впервые проведён комплексный анализ вибрационного состояния опытных образцов ТВС-5, эксплуатирующихся в активной зоне энергоблока №1 Нововоронежской АЭС-2. Работа выполнена на основе оригинальной методологии многоканальных синхронизированных измерений с использованием штатных датчиков прямого заряда (ДПЗ) и мобильных средств сбора данных.
Название статьи полностью отражает её содержание. Аннотация структурирована и отражает основные результаты работы, хотя для большей полноты в неё можно было включить упоминание о выявленной стабильности вибрационных характеристик ТВС-5 в течение трёх месяцев наблюдений.
Методология исследования основывается на современных подходах к спектральному анализу сигналов ДПЗ в низкочастотном (0–50 Гц) и высокочастотном (50–200 Гц) диапазонах. Применение анализа автоспектральной плотности мощности и функций когерентности позволило авторам провести сравнительную оценку вибрационного состояния ТВС-5 и штатных ТВС.
Авторы корректно ссылаются на предыдущие работы в области нейтронно-шумовой диагностики, демонстрируя преемственность и глубокое понимание предметной области.
Ключевые результаты работы имеют высокую научную и практическую значимость:
– экспериментально доказано, что вибрационное состояние ТВС-5 в низкочастотном диапазоне полностью соответствует штатным ТВС, что свидетельствует об отсутствии негативного влияния конструктивных особенностей новой сборки на её вибронагруженность;
– выявлен полный состав реальных частот вибрации ТВС в активной зоне, которые частично не совпадают с частотами, использованными в расчётных моделях;
– обнаружены различия в высокочастотном диапазоне, что может быть связано с особенностями конструкции ТВС-5;
– подтверждена стабильность вибрационных характеристик в течение трёх месяцев эксплуатации.
Статья написана ясным, строгим научным языком, терминология используется корректно. Структура работы логична, а выводы полностью соответствуют представленным результатам.
Отдельные замечания, такие как желательность уточнения интерпретации высокочастотных резонансов, носят рекомендательный характер, отмечены в прилагаемом тексте статьи, не снижают высокой научной ценности работы и не препятствуют её публикации, а скорее обозначают перспективные направления для дальнейших исследований.
Учитывая вышеизложенное, считаю, что статья «Нейтронно-шумовой анализ вибрационного состояния тепловыделяющих сборок пятого поколения (ТВС-5)» представляет собой завершённое и значимое научное исследование, вносящее существенный вклад в обоснование безопасной эксплуатации перспективных ТВС для ВВЭР. Работа заслуживает высокой оценки и рекомендуется к публикации в журнале «Глобальная ядерная безопасность».
Рецензент
к.т.н., доцент кафедры атомной энергетики
ВИТИ НИЯУ МИФИ А.А. Лапкис
For citations:
Arkadov G.V., Slepov M.T. Neutron noise analysis of the vibration state of fifth-generation fuel assemblies. Nuclear Safety. 2025;15(4):64-77. (In Russ.) https://doi.org/10.26583/gns-2025-04-07. EDN: MWTZVK
Views:
34
Email this article 