Ядерный реактор на быстрых нейтронах

нц 490187 Союз Советских Социалистических Реслублик(51) Ч. Кл. 6 21 с 1/О 22) Заявлен 03,72 (21) 1765990,26 явкис присоединением осударственный комитет овета Министров СССРДата опубликования описания 24,0(72) Авторы изобретени илаев, А. Шмелев, В. Г. Илюнии В, М, Муроговудового Красного 3изический институт н, И. А. Кузнецов ский орде Мо 71) Заявител ни инжен 54) ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНА бл асти ядерно Изобретение относится к оэнергетики.Известна конструкция активной зоны ядерного реактора на быстрых нейтронах (типа БН, БН). Активная зона известного 5 ядерного реактора состоит из радиальных подзон, содержащих топливные пакеты с тепло- выделяющими элементами с сердечником из однородного топливного материала - двуокиси урана и плутония. 10Однако коэффициент воспроизводства реактора с такой активной зоной хотя и превышает единицу, но существенно ниже коэффициента воспроизводства, например, реакторов ла металлическом топливе. В то же время исполь зование в тепловыделяющих элементах активной зоны быстрого реактора металлического топлива либо невозможно, либо затруднено. Это связано с тем, что требование обеспечения высоких параметров термодинамического цик ла приводит к тому, что максимальная температура на оболочке тепловыделяющих элементов достигает величины 680 - 720 С, в то время как допустимые температуры в металлическом топливе и на контакте топливо - 25 оболочка лизки (без учета факторов перегрева соответственно :570 в 6 С и :490 в 5 С).Цель изобретения - увеличение темпа воспроизводства при сохранении высоких температурных параметров. 30 Это достигается тем, что в предлагаемом ядерном реакторе по крайней мере часть радиальных подзон разбита по высоте не менее чем на две части с различным топливным материалом в подзонах, например, в виде керамики и металла.Обогащение топлива уменьшается по ходу теплоносителя.В частях подзон со стороны входа теплоносителя размещено металлическое топливо, а со стороны выхода - керамическое, причем металлическое топливо занимает до 2/3 высоты активной зоны.Радиальные подзоны активной зоны содержат топливные пакеты, состоящие из кожуха, в котором заключены тепловыделяющие элементы двух типов. Тепловыделяющие элементы могут представлять собой, например, единыс по всей длине активной зоны трубки, одна часть которых содержит металлическое топливо, другая - керамическое. Возможно использование двух раздсльных сборок тепловыделяющих элементов; в нижней части пакета установлена решетка тепловыделяющих элементов с металлическим топливом, а в верхней части пакета - решстка тепловыделяющих элементов с скнсным топливом. Прн этом диаметры тепловыделяющих элементов могут быть пе ремепнымн по высоте. Это способствует улучшению физических характеристик ядерного490187 3 На ме- талличеСКОМ ТОПдиве НаОкисномтопливе Гредла- гаемый Ядерный реактор 3750 150040 3750 150040 4800 150031 о 00 300 Г., мвтМощность Г, мвт к,п.д., %Энергонапряженностьгорючеголинейная, вт 1 смв цикле, кг-гор/мвтРедактор Т. Рыбалова Заказ 3337,19 Изд, ЛЪ 1956 Тираж 529 Подписное ЦНИ 11 ПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изооретсиий и открытий Москва, К, Рвунская наб., д. 4/5Типогра(ия, ир, Сат,иова, 2 реактора (увеличивается коэффициент воспроизводства).Между двумя раздельными сборками тепловыдеЛяющих элементов в средней части пакета образуется пространство (размером 5 - 10 см), занятое конструкционным материалом и теплоносителем. Это несколько уменьшает коэффициент воспроизводства, однако улучшает (делает более отрицательным) натрпевый коэффициент реактивности, что важнодля безопасности быстрых реакторов большой мощности, Замена в шлжней части пакета активной зоны окисного топлива па металлическое обеспечивает дополнительное выравнивание по высоте профиля поля тепловыделения как за счет изменения плотности, так и обогащения материала, позволяющее дополнительно поднять эффективность использования металлического топлива в реакторе, его энерго- напряженность, Размер металли веского топлива ограничивается допустимыми величинами температур в центре тепловыделяющих элементов и на контакте топливо- - оболочка,В ядерном реакторе, например, в периферийной части активной зоны размещена низкотемпературная подзона (температура теплоносителя на выходе из реактора (авгия:400 С). В низкотемпературной подзоне находятся пакеты с металлическим топливом (1 ц(б 10 С, фов(510 С). В центре активной зоны расположена высокотемпературная подзона (температура теплоносителя на выходе из реактора 1 вы,= 540 в 5 С). Высокотсмпературная подзона загружена пакетами, состоящими из двух частей: в нижней части пакетов размещено металлическое топливо (1 ц(610 С, акоп(510 С), в верхней части пакетов на выходе теплоносителя из высокотемпературной подзоны - окисное топливо 2500 С, оп 710 С),Активная зона окружена торцовой и боковой зонами воспроизводства с металлическим природным или обедненным ураном. Такая конструкция активной зоны ядерного реактора позволяет наиболее оптимальным образом сочетать свойства окисного (высокотемпературного) и металлического (низкотсмпсратураого) топлива, т. е. наряду с тем, что основные ядерно-физические процессы в реакторе происходят в жесо, наиболес оптимальном для воспроизводства, спектре нейтронов, обе:печивается высокий к.п.д. тсрмодпнамичсскоо цикла (к.п.д. = 40" прп параметрах пара перед турбиной 1: 505 С; р: 130 ата),Увеличение коэффициента воспроизводства за счет использования металлического топлпза составляет примерно 0,2 - 0,3, Это обеспс 10 15 20 25 ,10 35 и 45 50 чивает рост темпа воспроизводства горючего приблизительно на 20 - 407 о (при сохранении энер гон апряжснн горючего в топливном цикле),В таблице показано, как улучшаются характеристики быстрых реакторов при использовании металлического топлива. Известно, что с точки зрения использования в виде металлического сплава урановое топливо технологически предпочтительнее по сравнешпо с плутониевым. В связи с этим целесообразно в нижней части пакетов использовать металлическое топчиво. .1 ззз 11 ззз ипи .1 Язз 1.:ззз, а в верхней части пакетов - тепловыделяющие элементы с окисным топливом РцОз - Г:Оз. Это способствует выравниванию и стабилизации профиля поля тепловыделения по высоте активной зоны,11 редмет изобретения1. Ядерный реактор на быстрых нейтронах, включающий активную зону с радиальными подзонами. отличающийся тем, что, с целью увеличения темпа воспроизводства при сохранении высоких температурных параметров теплоносителя, по крайней мере часть радиальных подзон разбита по высоте не мспсс чем падве части с разли Гным топливным материалом в подзонах, например, в виде керамики и металла.2. Ядерный реактор по и. 1, о т л и ч а ющи йс я тем, что обогащение топлива уменьшается по ходу теплоносителя.3. Ядерный реактор по пп. 1 и 2, отл и ч а ощпйс я тем, чго в частях подзон со стороны входа теплоносителя размещено металлическое топливо, а со стороны выхода - керамическое, причем металлическое топливо занимает до 213 высоты активной зоны,