Способ охлаждения реактора-размножителя на быстрых нейтронах

СООЭ СОВЕТСНИХ МЧМЛаееви ОПУБЛИ К А 9) (11) 1/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬ(54)(57) СПОСОБ ОХЛАМЩЕНИЯ РЕАКТОРАРАЗИНОЖИТКЛЯ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ,заключающийся в том, что через ак-. тивную зону с .тепловыделяющими сборками прокачивают жидкий теплоноситель в смеси с, газом, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения воспроизводства ядерного топлива и повышения безопасности за счетосуществления цепной реакции .нейтронами жесткого спектра, газ подают вжидкий теплоноситель периодически,причем тепловыделяющие сборки выполняют таким образом, что они образуют активную зону с отрицательнымкоэффициентом реактивности.по жидкому теплоносителю.Э 5 Изобретение относится к областиатомной промышленности и может бытьиспользовано при разработке реактора на быстрых нейтронах с жидкимтеплоносителем, например, с водой 5под давлением,Известен способ охлаждения реактора-раэмножителя на быстрых нейтронах посредством протечки газа высокого давления через топливные сборки, 1 ОИспользование газового теплоносителя обеспечивает высокий коэффициент воспроизводства и практическинулевые значения пустотного эффектареактивности. Недостатком известного 15способа является ненадежность охлаждения, особенно в аварийных режимахс потерей теплоносителя,Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому резуль тату к описываемому является способохлаждения реактора-размножителя набыстрых нейтронах, заключающийся втом, что через активную зону с тепловыделяющими сборками прокачивают жидкий теплоноситель в смеси с газом.Этот способ обеспечивает надежноеохлаждение активной зоны при высокойобъемной энергонапряженности во всехрежимах, включая аварийные, в томчисле и с потерей теплоносителя,при которых реактор может быть залитхолодной водой иэ емкостей системыаварийного охлаждения активной зоны(САОЗ).Недостатками известного устройства являются относительно низкий коэффициент воспроизводства и недостаточная безопасность, обусловленнаяпустотным эффектом реактивности из 40за наличия в активной зоне ядер,замедляющего теплоносителя.Целью изобретения является увеличение коэффициента воспроизводстваи повышение безопасности эксплуата 45ции реактора.Указанная цель достигается тем,что в способе охлаждения реакторараэмножителя на быстрых нейтронах,заключаюцемся в том, что через активную зону с тепловыделяющими сбор 50ками прокачивают жидкий теплоноситель в смеси с газом, гаэ подают вжидкий теплоноситель периодически,причем тепловыделяющие сборки выполняют таким образом, что они образуютактивную зону с отрицательным коэффициентом реактивности по жидкому теплоносителю. При таком способе по-существу работа реактора и воспроизводство горючего осуществляются в жестком спектре нейтроновкогда в активной зоне находится газовый теплоноситель, а охлаждение активной зоны (в подкритическом состоянии) осуществляется жидким теплоносителем, эффективно отводящим тепло, аккумулированное в элементах активной зоны.В качестве газового теплоносителя целесообразно использовать инертный газ, например, аргон. В качестве жидкого теплоносителя возможно использование расплавленного натрия.На чертеже показана принципиальная конструктивная схема реактора, работающего по настоящему способу.Конструктивная схема реактораразмножителя на быстрых нейтронах включает нижний торцевой экран 1, активную зону 2, боковой экран 3, верхний торцевой экран 4, тепловыделяющую сборку 5 (показана для простоты только одна сборка), участки 6, заполненные газом, участки 7, заполненные жидким теплоносителем, линию 8 подачи газа и линию. 9 подачи жидкого теплоносителя.Согласно настоящему способу реактор-размножитель работает следующим образом.Остановленный реактор заполнен циркулирующим через него жидким теплоносителем, например водой, под давлением, подаваемым по линии 9, и находится в подкритическом состоянии, Степень подкритичности несколько меньше эффекта реактивности при замене в активной зоне 2 жидкого теплоносителя газом. Для вывода на мощность на вход. тепловыделяющей сборки по линии 8 периодически подается газ, например аргон или азот. В результате через активную зону 2 периодически проходят участки 6 с газом и участки 7 с жидким теплоносителем. До тех пор, пока длина участка 6 с газом меньше высоты активной зоны 2, реактор находится в подкритическом состоянии, но степень подкритичности соответственно уменьшается по мере увеличения высоты участков 6 с газом, обусловленной увеличением расхода газа через реактор, Когда высота участков 6 с газом достигает высоты активной зоны 2, реактор будет работать в им10616 ТехредИХоданич Корректор.А.Зимокосов Редактор С.Титова Заказ 5258/2 Тираж 386 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушскай наб., д 4/5.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4пульсном режиме, Разгон реактора и нагрев твэлов за счет реакции деления будет происходить при отсутствии в активной зоне 2 участка 7 жидкого теплоносителя, т.е. с большим коэффициентом воспроизводства, характерным для газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах. При поступлении в активную зону 2 следующего участка 7 с жидким теплоносителем реактор перейдет в подкритическое состояние,. в котором будет отводиться большая часть тепла, выделяющегося при разгоне реактора.Суммарное время прохождения жид кого и газового теплоносителя через активную зону составляет меньше 0,2 с. Длительность разгона и работы реактора на мощности определяется величиной эффекта реактивностипри замене 20 жидкого теплоносителя на газ. Например, для воды под давлением этот эффект составляет 5-10% соответственно для окисного и металлического топлива. 25Для разгона реактора необходима положительная реактивность порядка доли запаздывающих нейтронов, кОторая для уран-плутониевой смеси соотавлйет примерно 0,3%. Следовательно, дли-З 0 тельность разгона и работы реактора на мощности будет составлять примерф," но 0,01-0,02 с. За это время в,ак-. тивной зоне должна выделиться энергия, достаточная для обеспечения необходимой за время прохождения теплоносителя средней мощности в активной зоне. При этом пиковая мощностьможет превьппать ее среднее значение 24 4в десятки раз. Постоянная временитвэла составляет 1,5 с, поэтому кратковременные пики мощности приводятк отйосительно небольшому перегреву(60-100 С) сердечников твэлов отно- .сительно средней температуры,Поддержание средней мощности вреакторе осуществляется увеличением .расхода газа через реактор и перемещением поглощающих стержней.Аппаратура контроля нейтронногопотока соответственно должна бытьдостаточно инерционна, чтобы сглаживать пики и обеспечивать измерениесредйей мощности эа время прохождения теплоносителя через активнуюзону.При аварийной потере жидкого теп"лоносителя освобождается только тачасть пустотного эффекта реактивности (порядка 0,3%), которая используется для разгона реактора в нормальном импульсном режиме работы, которая легко компенсируется поглощающими стержнями, срабатЫвающими заобычное время порядка 1 с.Настоящий способ охлаждения реактора-размножителя на быстрых нейтронах обесг 1 ечивает увеличение коэффициента воспроизводства до уровня,характерного для газоохлаждаемых реакторов, при .обеспечении надежногоохлаждения активной зоны жидким теплоносителем в нормальных и аварийныхрежимах, включая режимы с потерейтеплоносителя. Одновременно практически исключается введение пустотного эффекта реактивности при авариййой потере теплоносителя.