Способ преобразования ядерной энергии в электрическую и устройство для его осуществления

.ЯХ а 1 О 7/О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПЛТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в тех областях народного хозяйства, где применяются ядерные реакторы для выработки Изобретение гетике и может областях народн няются ядерные р ния ядерной энер Цель изобрет энергии на собств КПД, облегчение материалов за сч тур и уменьшение вещества через н зовании ядерной ричество. Сущность пре няется чертежом. Смесь актив подают в щелево верхним 2 и нижпособа пояс аетлог ото и раб очего веществ образованный ктродами. Вся й канал 1,(56) Патент Фра7/00, 1970.Богданов Е.менного тока и Мнием тепла ядернМ,: Информстанд относится к атомнои энербыть использовано в тех ого хозяйства, где примееакторы для преобразовагии в электрическую.ения - снижение затрат енные нужды, повышение работы конструкционных ет более низких темперапротечек радиоактивного еплотности при преобраэнергии деления в электэлектроэнергии. Цель изобретения - снижение затрат энергии на собственные нужды, повышение КПД, облегчение работы конструкционных материалов и снижение вероятности утечки радиоактивного вещества через неплотности контура. Смесь активного и рабочего веществ подают в щелевой канал между электродами. Вся конструкция помещена в постоянное электрическое поле, вектор которого направлен от анода к катоду. Катод вы пол нен оребрен н ым для увеличения поверхности сбора ионов, При делении ядер активного вещества происходит ионизация рабочего вещества, и в канале образуется низкотемпературная с ированная плазма. Соединение а а одом через внешнюю цепь прив лению в нагрузке электрического и 2 з.п. ф-лы, 1 ил. конструкция помещена в постоянное электрическое поле, вектор которого направлен от анода к катоду(источники внешнего электрического поля не показаны). Для того, чтобы катод имел увеличенную поверхность сбора ионов, канал перекрыт равномерно расположенными внутри него ребрами 4, контактирующими с катодом и отделенными от анода изолирующей прослойкой 5, при этом ребра перекрывают по возможности большую часть толщины канала,При замене магнитного поля на электрическое с одновременной установкой на поверхности катода ребер более высокий КПД гозволяег снизить температуру смеси, что облегчает работу конструкционных материалов, Для генерирования электрического тока отсутствует необ: одимость в движенииГаза, ПОЗТОМУ МОЖНО .)ОКЯЛ).13 ОГ);3) 18 К.;.; - фтОРИД УРЯР 3 В Реак)ОРВ )О ПОЗ";ЛЯВ). Исключить затрать Знерги) 1 э двих(8 ие смеси ПО контуру и уменьшить ве)Оятнос) ь УтечКИ РЯДИОЯКтИВНОГО Ве(3(ЕСТВГ)81)(33 Цеплотности контура,В системе ПГД 6)живаОтс 5 Условия, сГ 10 собствуюе)и 8 протеканио Ц 8 Г 1 нОЙ оеак- ЦИИ ДОЛ 8 НИЯ. 3:13 ПР(МЕР, ВСЯ КОНСТРУКЦ)Я Выполнена В Виде Ядерного реактора кубической формы с цельм набором электродов, На КОТООЫХ Геь 80 ИРУРтгг злек) РИРОК);й Тг); (Д(33 С 48)(НЫ К ЗЛЕКТ РОДЯ г ГВЛИ,УРЯНОВО)й МЕСЬЮ М 8 ЖДУ НИМИ 4)ГРЯ)с)т Рог 1 Г)ла(3ИНЧ 3- ТОГО твэла, 4 ли конструкЦия Облучается ГО- тОР 0.Р)1РОГРВ и 3 Ос ГС) ) 81-0 5 В)01-г;3 ;)83(Т,33.1 РИ 3 ОМ И"ГоИ)(и В 8 НЕГО Злек Ри"18 СГОГО Т)(И 5 .3)(ОД 5 Т" Я Г)гР ГЕ)1 ТГ)1)3 1 ф- никаоцего ь результате ядерных реакцглй )ЛО)ИЗИРУ)ОЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НЯГРг)МСР ОНИ ) )Сг)згааО) ГЯ На )Ц)цйг СГ)00 Е 33 134 . -НЫХ СТ".НОК, ОКРУЖЯО 1)ИХ ВС 10 1)ОЦСТ)УК.(14 Ю, .Зсколки деле,;ия, будучи м 101(.,зяоя,.)1,)4 ф. ИОН(МИ, ПРИ ДВИЕОНИИ В ЯТР 40 Сфвос ИНВОТНО" , о газа производят ионизаци;о и 805 бу)(дерие ЕГО с ГО(408, СО)дс В(.Я 1 ИЗКОТ,) 4 Пс РЯУР 110 слабоОцизова)нуО Глазм/ СО с 8081 10г)иоциэяции = 0,01)1, , так кяк т)ся кг)нсрукЦИ 53 НЯХОД 4 ТСЯ В ПОСТО)Я 11 ОМ ЗЛ 81.Т)0)ичегкс)11 ПО 8 В 031 И)(ЯЮ(Ц 18 ЭЛЕК 100 Ы И Г 10 ЛОХ(Ительные ионы двигяОтся Г; оязнь)х няпояв- ЛЕ.(Ия( я В 081 ( ПЛщ(4Гг, ,-Ргся ВнутрецН 88 ПЭ)8 Г, ДЛЯ СрИ)к(ВНИЯ ВВЛИ 1 ННЫ Е( на пОРерхности (Втода уста)авти 8310 сабра ( О, ц(1338 ны(3 от ЯНОДЯ и)рл(4 Г)уй)1014 тп.Ослойкой 5,Г0113 Да Ю 1 ЦИ 8 Н а 3 Н ОД,)Л 1) 1 ) )3 ГЬ Я Я г) Я - жаот 8 О отоицательно, " ионь. Попадя 0- щие на оребренный катод, зар 5)жают его ПОЛОЖИТГЛЬНО, ( Оед 1 Н( НИС ЯНОДЯ С(ЯТОДО)4 8083 ВЦВШНЮО 08 ПЬ ПОИВОЛ 11 Г К 051л, ИОВ ця ручке злектоич" ОГО ток) С 3 НО 3 Кя г)( бер Н( 1)овег)Х 1СТ 1 КЗТО РЯ приводит к Одновреме. 1р 11) с.;их(нию ПГ)51 ЖРННОС 1)Л Вне(ВНВГО ПОЛ)1 (ВС)1-.,)3 СТР 38 ТОГО, чт О Гиловые лини тОля Геперь тя ГО ГеОт К гзвбг;ар 43 И НЯППЯ)КРННОст 1 1)цу Г )8)Р 18 О Г 10- ля плазмы (э"33 более Яс) ОГО уход(ио)0(1 НЯ ПОВЕрХНОСтЬ уЖЗ НЕ ОЛЬКО Катада. НО И на соединеннь)с с катогом ребра). Причем Величина Г.; снижа)тся 3 стр".,"-. )Вм ГГ, Г 33 Ртие ПЛ 01 ЦЯДИ КЯ) ДЯ ПГ)ИГ)одит К ТО)11/, Что КПД станови Гся равным д 1" Я 3;3 ),"ь на )Обг:ТВРН 11 ЫЕ НУЖДЫ 013 Ж,)ОТ)СЯ,0 Г , ) 0)Г ДЯ ЗффеК Тивг 1 ЫЙ К 3,3), Да)111 ОГО 1181)533 С )г 8 Гом Ззтрат равен 35,. (3)ттг)вш 350 Я 51.ер 1 Я ВЫДеляется В ВИД(ТВП,13 1;ОТОРО( 80(ХГ)Д 1 Г)0 ОТ( 8 СТ и. Э)О 43)К О СДГ ЛЯТЬ 33 Ь) 141ТОД ( ВН; В)1,:;И1;,Г ; . 1 С- О)Г)НН;1)4 Г О ЦО(418;)ЕР 4(ГЯЗЫ, ЖИДКИ 8 МЕТЯЛЛЫ), КОТОРЫЙзятем прокачивать чер 83 сГ 18 цияльный теплогзбме,ник и хзлоТныь) снова пОДЯВать наВр 8)шр 100 поверхность электродов, Как по 5 казали Вь 3(33 Н 81 Нь 8 расчеты на =)Вл, приЗЯДЭН Н 1)х)ЯргМ)8 рах ДЛЯ СНЯТИЯ ОСЯТОЧНО"го тепло В случае использования газовоготеп)л 01 Ос(4 Т 851)я достаточно иметь скорость бр/с, при этом нагрев газа составляет 120 К,10 Я затраты энергии на его прокачку черезвесь коцтув - ,3,95 О.Для определения диапазона наиболееоптимальных значений параметров данного(хпасоба была разработана специальная вы 15 Гислительная программа. Расчеты на ЗВМ с88 )по 4 оДьо Гоказя)ги, что наилучшие реЗУЛЬтати ПОЛУЧаОтСЯ ПРИ ПОВЕРХНОСТИ Катс,(13 ь 5 - 20 раз больше поверхности анода,магсовой доли рабочего Вещества 60 - 80 ,1 )20 14;.;С( Овой ДОли акти рного вещества 2040 ,Давлени 4 смеси рабочего и активного вещест:33 20 - 40 Ята и т(-;мпеоатуре 700 - 1500 К.С)ПТИ 1533 Ь)11,й Д 4 ЯПЯЗО;-1 ОтцоШЕция По 1 ег)ХНОСТ 1 ОребрерНОГО КЯТода К ПОВЕРХНОСТИ5 ЗНОДЯ ,Г)(т,)ЕВ) ОПОЕДВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ Образом. (; одной стороны, уменьшение расстояния между ребрами выгодно, так как ведетсниженио Внутреннего поля плазмы и темсамым к повышенио КПД. Но, с другой сто 10 роцьр. чем чаше оасположены ребра, тембольше доля конструкционных материалов3 канале, чтО поиводит к величени)10 необходимой с Гепени обогащения гор)очего т, е.к его удо)рох(ани 3 и к более частому уходу) -) осколков деле)н)я на ребра без совершенияими г)олезцой работы (ио.Изации атомов ге 31 Я), ПРи Р),)Г): 5 КПД полУчается слиш)(Ом це)б)01 ь 01)14 и данный способ оказываетсяэкономически невыгоднь)м. пРИ Г)(г)гГ;)20ГКПД ДарОГО СПОСОба 1"031 учаЕТС 51 ДОСТЯТОЧ. О Высоким, но степень обогащения горючеГо По)Л это(4 ТЯК 8 ДГ)СТЯТОЧ)О Вь)СОКЯ, ЧТОпривод)ит к Оольшим зятря яи на топливнуюсостЯРляюЦуО себестоимОсти знег)Гии иснГВЯ Делает Д(3 НьЙ спОсОб зконОмическиновь)годнь)м, Тяк)111 образом, получаем диапазон отноше:ил поверхности катода к поВерхности анода 5 - 20,Диапаэо;ы Игмвцеция маССОвых КОнЦгнт 50 раций т)або)г)го и активного Веществ, давле)1)4 Р ); тгМ)Рг)3 гУГ)Ы Г 30 ЛУЧЯЮТС 53 ЯНЯЛОГИЧНЫМОоразом. С уменьшением массовой доли активного Веде)-,твя и давления растет КПД данОГО способа, но одрое)814810 растет и55 -:еобхОД)1 мая степень обо Ящения горючего.. Заказ 1976 ВНИИПИ Госуда Тираж Подписное венного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро га ин Экономическая выгода данного способа преобразования ядерной энергии в электрическую заключается в значительном повышении КПД и снижении затрат энергии на собственные нужды, что делает данный способ конкурентноспособным с традиционными способами при производстве электроэнергии в промышленных масштабах на АЭС.Формула изобретения 1. Способ преобразования ядерной энергии в электрическую, заключающийся в создании ионизации рабочего вещества осколками деления, возникающими в результате ядерных реакций деления, протекающих в активном веществе, и разделения образующихся электронов и положительных ионов внешним полем, отл и ч а ю щи й ся тем, что, с целью снижения затрат энергии на собственные нужды и снижения вероятности утечки радиоактивного вещества через неплотности контура, в качестве внешнего поля используют электрическое поле, вектор которого направлен от анода к катоду.,/ 2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве рабочего вещества используют гелий в количестве 60 - 80 мас.ф, а вкачестве активного вещества - гексафторид5 урана в количестве 20 - 40 мас,7 ь, при этомсуммарное давление рабочего и активного веществ поддерживают на уровне 20 - 40 ата, атемпературу - в интервале 700 - 1500 К.3, Устройство для преобразования ядер 10 ной энергии в электрическую, содержащеекорпус и электроды, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения КПД и облегченияработы конструкционных материалов, катод выполнен оребренным и отделен от15 анода изолирующей прослойкой, толщинакоторой достаточна для исключения возможности электрического разряда междуэлектродами через газовую прослойку, номеньше 5 - 10 О от толщины канала между20 электродами,4, Устройство по и, 3, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что поверхность катода в 5 - 20 разбольше поверхности. анода.