Негерметичный тепловыделяющий элемент ядерного реактора

11 э т тт ОПИСАНИИ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Саюа Саеетских Социалистических РевпублеК ПАТЕНТУ Зависимый от патентаМПК 6 21 с 3/04 б 21 с 3/20Заявлено 12,Ч 11.1968 ( 1255458/26-25)Приоритет 1 З.Ч 11.1967.114361, Франция Комитет по делам иаобретеиий и аткрытиЯ при Саеете Мииистрав СССРУДК 621,039,54 (088,8) Опубликовано 19.Ч 111.1971. Бюллетень25 Дата опубликования описания 14.Х.1971 Авторизобретения Иностранец Готрои Морис(Франция) Иностранная фирма Коммиссариат а лЭиержи АтомикъЗаявитель НЕГЕРМЕТИЧНЫЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮШИ Й ЭЛЕМЕНТ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА1Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в ядерных реакторах, охлаждаемых жидким металлом, например натрием, для обеспечения выхода из тепловыделяющегося элемента газообразных продуктон деления в процессе работы реактора,Накопление газообразных проду ктов деления приводит к необходимости заключения гопливного материала в прочную оболочку, для обеспечения целостности и работоспособности тепловыделяющего элемента и создания газовых полостей для снижения давления газовых осколков деления.,При непосредственном контакте топливотеплоноситель топливный материал разрушает 1 ся в результате быстрого испарения теплоносителя, проникающего в поры топлива (например, температура керамического гоплива достигает 2500 С, а температура кипения натрия 800 С). Кроме того, беспрепятственное попадание осколков деления в теплоноситель приводит к радиациоцному загрязне 1 нию установки.Для устранения этих недостатков в реак-, торах, охлаждаемых жидким металлом, используют тепловыделяющие элементы с длинными трубочками для выпуска газообразного теплоносителя в газовую полость над тепло-. носителем, либо создают механические системы (щели, мембраны, пористые пробки)допускающие выход газов, но предотвращающие контакт жидкого металла с топливом.Предлагаемый тепловыделяющий элемент5 ядерного реактора с жидкометаллическим.теплоносителем отличается тем, что удлиненная трубка - оболочка элемента содержит.две пористые пробки, между которыми в по-.лости р азмещен порошкообр азный. материал.10 Чистый жидкий металл может проникать через наружную пористую прабабку в полость.Но внутренняя пробка (перед топливным материалом), соприкасаясь с порошком, становится непроницаемой для натрия,15 Газообразные продукты деления в процессе выгорания топлива накапливаются до создания избыточного давления над теплоносителем (с одновременным распадом короткоживущих изотопов) и, вытесняя жидкий ме 20 талл из камеры, проходят через обе пористые пробки в теплоноситель,Порошкообразный материал может действовать механически, закупоривая пористуюпробку как бы микроскопическими клапана 25 ми, и/ или как средство повышения поверхносгного натяжения (антисмачивающее действие). В случае использования жидкого натрия в качестве теплоносителя порошкообразным материалом может быть окись цат 30 рия Ма 20.10 35 40 45 50 Возможно также применение, порошков щелочных окислов алюминия, кремния, магния или других материалов очень тонкой гранулометрии с размерами зерен от 1 до 0,01 мк. На чертеже представлен в разрезе нижний конец тепловыделяющепо элемента с устройством для выпуска газообразных продуктов деления.Устройство для выпуска газов из тепловыделяющего элемента заключеыо в вертикальную трубку 1, которая является продолжением оболочки канала тепловыделяющего элемента 2 или сборничка, объединяющего несколько таких элементов. Внутри трубки плотно закреплена пробка 3, изготовленная из пористого материала и отделяющая внутреннюю полость тепловыделяюще 1 го элемента от камеры 4, другой конец которой закрыт пробкой 5, отделяющей камеру от жидкого металла, циркулирующего вокруг тепловыделяющего элемента. Пробки 3 и 5 проницаемы для газов и чистого натрия,Размер пор материала прхбки 3 подобран таким образом, что пробка становится непроницаемой для жидкого натрия, когда он содержит примеси, увеличивающие поверхностное натяиение натрия, или примеси с определенным размером зерна. Пробка 5 состоит из пористых слоев б и 7, причем размеры пор уменьшаются в направлении вьиода газообразных продуктов, тем не менее поры внешних слоев пробки 5 больше пор материала пробки 3. Так, например, пробка 3 изготавливается из такого керамического материала как МдО, АОз, имеющего поры размером от 0,05 до 0,1 мк, или же из спекаемого материала на основе никеля, имеющего поры размером от 0,10 до 0,50 мк, Внешний слой 7 изготавливается из материала, имеющего поры размером от 1 до 5 мк, а внутренний слой б имеет поры размером от 10 до 20 мк.В камере 4 распыляется материал 8, например, окислы натрия, который делает пробку 3 непроницаемой. В качестве такого материала используется окись натрия или другие порошки, которые вместе с пробкой 3 играют роль микроскопического клапана,Пробка 5 покрыта изнутри слоем 9 окалины нержавеющей стали или другого аналогичного материала, Этот слой задерживает 5 15 20 25 30 порошок, обеспечивая при этом свободный проход газов через пробкуПринцип работы устройства для выпуска газов следующийТепловыделяющий негерметичный элемент 2 охлаждается жидким металлом (натрием). Камера 4 заполнена инертным газом, Чистьй жидкий натрий проникает в эту камеру через пробку 5, сжимает инертный газ, находящийся в камере, и по мере своего проникновения загрязняется распыляемым материалом. Уровень натрия поднимается до тех пор, пока давление газа в камере не уравновесится давлением натрия. Уровень свободной поверхности расплавленного натрия становится неподвижным. Возможность проникновения натрия в тепловыделяющий элемент устранена, так как пробка 3 непроницаема для натрия, загрявненного окислами.,В процессе работы реактора растет давление газообразных осколков деления. Газы начинают вытеснять, окислы, натрия, закрывающие поры пробки 3, проходят в камеру 4 и вытесняют нхат)рий до слоя 9, который за-, держивает расплавленный металл, но пропускает газы, а затем газы продолжают вытеснять натрий, через слои б и 7. Постепенное уменьшение размера пор этих слоев обеспечивает одновременно фильтрование прогопяемого через них натрия и газообразных продуктов деления. Предмет изобретения 1. Негерметичный тепловыделяющий элемент ядерного реактора, охлаждаемого жидким металлом, отличающийся тем, что, с целью непрерывного удаления газообразных продуктов деления и предотвращения непо-. средственного контакта топлива с теплоносителем, верхняя часть элемента выполнена в виде казимеры с керамическими пробками, отделяющими ее от топлива и теплоносителя, а пространство между пробками, заполнено порошком, например окисью натрия, окисью алюминия, окисью кремния, и слоем порошка из окалины нержавеющей стали.2. Негерметичный тепловыделяющий элемент по п. 1, отличающийся тем, что, размеры пор в наружной пробке уменьшаются в направлении выхода газообразных продуктов, деления, но их минимальный размер не меньше, чем во виутреиней пробке,. Орловская Техред Т. П. Курилко Корректор Е. В, Исако едакт Типография пунова, 2 Заказ 2886/15 Изд.1165 Тираж 473ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при СовеМосква, Ж.35, Раушская наб., д, 4/5 Подписное инистров СССР