Импульсный ядерный реактор

, л. Союз Советских Социалистических Рвслублик(23) Приоритет -6 21 С 1/2 оеударствеаный комите СССР оо делам кэобретеннй н открытий(71) Заявител 54) ИМПУЛЬСНЫЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР 5 ениеокра 2 мплистИзобретение относится к техникеимпульсных реакторов, широко применяемых в качестве мощных источников нейтронного и р. -излученийИзвестны быстрые импульсные реакторы апериодического действия,рассчитанные на получение короткихмощных импульсов излучений, активная эона (АЗ) которых выполнена извысокопрочных сплавов урана 1.Работа импульсных ядерных реакторов основана на принципе саморегулирования, обеспечиваемого отрицательным коэффициентом реактивности,связанным с тепловым расширениемАЗ Г 23,Наиболее близким к предлагаемомуявляется реактор, содержащий активную зону и отражатель, примыкакщийк активной зоне и выполненный из подвижных блоков 3Недостатком известных импульсныхреакторов является возбуждение в копонентах их,АЗ в процессе быстрогоразогрева механических колебаний идинаМических напряжений большей атуды, следствием чего являются жекие ограничения по динамическомутепловому удару, приводящие к низко му пределу. допустимых удельных энерго- выделений в материале АЗ в импульсе и к значительной длительности импульса (длительность импульса в реакторах уменьшается с ростом удельного). энерговыделения .В известных быстрых импульсных реакторах вследствие отмеченных факторов удельное энерговыделение в области максимального разогрева АЗ не превышает 700- 1200 Дж/см (300-500 С), а достигнутая минимальная ширина импульоа излучений на половине высоты лежит в пределах 35-50 мкс. В современной Физике и технике, однако, требуются импульсы более мощные и более короткие.Цель изобретения - повыш энерговыделения в импУльсе и с щение его длительности.Это достигается тем, что активная зона и отражатель выполнены из однородных материалов с близкими акустическими свойствами и приблизительно равными по толщине.В предлагаемом реакторе акустическая волна сжатия, сформировавшаяся в АЗ в процессе импульса мощности и несущая кинетическую энергию (т.е, энергию механических колебаний), перемещается от центра к периферии, оставляя за собой Неподвижный материал и квазистатические напряжения сжатия, беспрепятственно переходит в блоки, отражается от внешней границы блоков и движется. назад, в сторону АЗ, уже как волна растяжения. Вслед за приходом отраженной волны к границе между блоками и АЗ, в момент, когда напряжения на этой границе становятся положительными между ) блоками и АЗ возникает увеличивающийся со временем зазор, предотвращаю. щий переход отраженной волны в АЗ.На чертеже представлена схема предлагаемого ядерного реактора.Активная зона 1 реактора из высокотемпературного материала заключена в лрчнойв прочный металлический силовой корпус 2, выполненный в виде двух полусфер. 20Металлические полусферические блоки 3 и 4 плотно сомкнуты с силовым корпусом АЗ, но при толчке могут удаляться вверх-вниз от неподвижной 13, пока не эатормозятся внешними 5 амортизаторами (на чертеже не показаны). Эти блоки воспринимают энер - гию упругой волны, сформировавшейся в АЗ в процессе импульса мощности. Возникающий зазор между блоками 3,4 и силовым корпусом 2 предотвращает обратный переход волны в силовой корпус 2.Назначение силового корпуса 2 сохранение целостности и компактности керамической АЗ 1 при наличии квази- статических напряжений и остатка упругой волны, не унесенного подвижными блоками 3,4.Силовой корпус 2 и подвижные блоки 3,4 изготовляют из прочных спла вов, содержащих небольшие количества ядерно делящихся веществ, например из сплавов урана естественного состава с молибденомПеревод реактора в надкритическое состояние с целью геиерирования импульса мощности осуществляется с помощью быстрого (со скоростью 1-2 м/с) приближения к силовому корпусу блока 4.50Если толщина блоковь удовлетворяет условиюб" С Я)где Вэ - радиус АЗ,С Сз" скорость звука в АЗ и в блоке, соответственно,ток моменту прихода отраженной волны к границе раздела АЗ и блоков прямая волна успевает полностью перейтииз АЗ в блоки и в момент возникновения зазора между блоками и АЗсреда АЗ находится практически внеподвижными состоянии. Блоки, получившие кинетическую энергию и механический импульс в процессе перехода в них прямой волны удаляются оАЗФ тпока не затормозятся на внешнемамортизаторе. В АЗ остается лишьнебольшая (- 1 Ъ) доля от всей возникшей в импульсе мощности кинетическойэнергии, обусловленная частичным от-.ражением прямой волны в момент перехода ее в блоки и частичнои доразгрузкой квазистатических напряжений в АЗпосле возникновения зазора между нейи блоками.Вследствие передачи кинетическойэнергии блокам амплитуда динамическихнапряжений в АЗ, отнесенная к удельному энерговыделению, в сравнениис известными быстрыми импульснымиреакторами резко понижается. С другойстороны, в таком реакторе не возникает жестких ограничений и по напряжениям в блоках, поскольку энергияколебаьий в них рассредоточеиа, в объеме, примерно на порядок превышающем объем АЗ,После ухода акустической волны иудаления блоков в АЗ устанавливаются квазистатические напряжения, медленно изменяющиеся по мере перераспределения тепла вследствие Эффектовтеплопроводности, Хотя эти напряжения и значительны по величине, ихограничительная роль начинает сказываться лишь при удельных энерговыделениях, вочого раз превосходящих максимально возможное удельное энерговыделение в известных импульсных реакторах.Квазистатические напряжения в силовом корпусе (если таковой имеется)можно существенно уменьшить путемизготовления его из материалов, содержащих небольшие количества ядерноделящихся веществ,чем достигаетсяспадающий в направлении радиусаразогрев силового корпуса в импульсе мощности до небольших температур,относительное выравнивание напряжений б 1 по всей толщине силового корпуса и понижение величины этих напряжений (показателем степени опасностиквазистатчческих напряжений служитвеличина б , а.не бц , поскольку,как правило, квазистатические напряжения б+ - растягивающие, а напряжения д ц - сжимающие) .Приведенная картина распространения волны и свойства реактора с подвижными блоками реализуются в полноммасштабе в предположении плотногоконтакта между отдельными частямиреактора и прежде всего между АЗ(или силовым корпусом) и блокамиперед импульсом мощности. Наличиенебольших зазорбв порядка десятыхдолей миллиметра) между компонентами реактора, однако, не приводитк осложнениям. Эти зазоры ликвидируются на первоначальной фазе расшиПодписное,а СССРтийнаб., д, 4/5 комите и откр аушска ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ли рения АЗ при подходе к ним пологогопереднего фронта волны. Следствиемнеплотного механического контактаявляется отражение обратно в АЗ дополнительной малой доли кинетическойэнергии колебаний. 5 Расчеты показывают, что в реакторе можно получать импульсы мощности, длительность которых в 3-4 раза меньше, а удельное энерговыделение в 10 10 раз больше, чем в известных импульсных реакторах. Предлагаемый ядерный реактор, как и известные, является установкой многократного действия. Частота повторения импульсов в нем определяется временем остывания компонент после импульса. аказ 1641/44 Тираж 476 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035 у Москвар Ж 35ж йИмпульсный ядерный реактор содеащи активную зону и отражатель, примыкающий к активной зона и выполненный из подвижных блоков, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения энерговыделения в импульсеи сокращения его длительности, активная зона и отражатель выполнены изоднородных материалов с близкимиакустическими свойствами и приблиэительно равными по толщине.Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1.96 веН Е 1 МР. Нос 1,8 С 1. сед Елрз. Чо Е,1960, Р 691.2, Раз 1 Ьугб 1 геасФоз, Нею ИеФСО,1969.3. Патент США У 3629070,кл. 176-87, 1971 (прототип 1.