Модель ячейки активной зоны быстрого ядерного реактора в реакторе нулевой мощности

О П И С А Н И Е ц 807864ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) П р поритет -51),Ч 1 з С 21 С 17,00 Государственный комитет Опубликовано 23.02.82. Бюллетень Хе 7Дата опубликования описания 23.02.82(088.8) ло делам изобретений и открытийГВ, А, Наумов, И. Г, Серафимович, Ю. И, Чуркий,и О. И. Ярошевич1Институт ядерной энергетики АН Белорусской С(Р(54) МОДЕЛЬ ЯЧЕЙКИ АКТИВНОЙ ЗОНЫ БЫСТРОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА В РЕАКТОРЕ НУЛЕВОЙ МОЩНОСТИ1Изобретение относится к области ядерных реакторов, в частности к области критических сборок, предназначенных для экс. периментальных исследований по физике газоохлаждаемых быстрых реакторов с матричным топливом.В исследованиях физики тепловых реакторов, имеющих относительно небольшую критическую загрузку по делящимся изотопам, широко используются реакторы нулевой мощности (критические сборки), реакторная ячейка активных зон которых по материальному составу, геометрии и размерам соответствует реакторной ячейке активных зон исследуемых реакторов. При исследовании физики быстрых энергетических реакторов, имеющих большие критические загрузки по делящимся изотопам (до 1000 кг и более), но меньшие (по сравнению с тепловыми реакторами) эффекты гетерогенности, наибольшее распространение получилп быстрые реакторы нулевой мощности (критические сборки), реакторная ячейка активной зоны которых моделирует материальный состав реакторной ячейки исследуемого реактора, но отличаются от последней по форме и размерам. Известна конструкция реакторных ячееки кассет активных зон быстрых реакторов 2нулевой мощности (быстрых критических стендов).Реакторные ячейки выполнейы в виде чередующихся слоев тонких пластин (толщиной 1,0 - :3,0 мм) из материалов, содержащихся в активной зоне исследуемого реактора (делящиеся, сырьевые, конструкцион.пые материалы, материал теплоносителя илп его физический аналог), которые раз.10 мещаются в стальных трубах квадратногосечения (размер гранки 40 - :70 мм; высота одной ячейки 40 в : 70 мм), образуя кассеты активной зоны 111.Недостатком указанной выше конструк ции активной зоны является значительноеразличие в гетерогенности ячейки активной зоны реактора нулевой мощности и исследуемого быстрого реактора, что требует специального расчетного анализа для пере носа результатов эксперимента на таких реакторах на условия проектируемого реактора.Другими недостатками указанной конструкции активной зоны является необходи мость изготовления топких (до 1 мм) пластин из делящихся и сырьевых материалов с защитными покрытиями, количество которых достигает десятков тысяч или большого количества цилиндрических или прямо угольных стержней пз реакторных материа 8 О 7864лов, что увеличивает время и удорожаст стоимость изготовления активных зон; зца. читсльцая затрата времени прц моделирова нии новых вариантов состава изучаемого реактора (от 4 до 8 недель); увеличение объема экспериментов при прове,чсгци нс которых активационных измерений (например, отношений скоростей реакций взаимодействия нейтронов с ядрами различных изотопов) ввиду необходимости проведсцн измерений во всех элементах рсакторцой ячейки, число которых достигает 20; необходимость создания кассет (пакетов) ,чля сборки элементов реакторных ячеек,Известна модель ячейки активной зоны быстрого ядерного реактора нулевой мошности, содержащая оболочку топлива без матрицы, материалы матриць и конструкционные материалы Д.Недостатком известного устройства является с;окност конструкции, недостаточно совершенное качество моделирования, так как гетерогенность его далека от гетерогенности натурной (реальной) активной зоны моделируемого реактора,Целью изобретения является упрощенпс конструкции и повышение качества моделирования путем приближения гетерогенност. модели к гетерогенности активной зоны моделируемого реактора.Поставленная цель достигается тем, что в известной модели ячейки активной зоны быстрого ядерного реактора в реакторе пулевой мощности, содержащей оболочку топлива без матрицы, материалы матрицы и конструкционные материалы, оболочка выполнена из материалов матрицы и конструкционных материалов.Отдельные реакторные ячейки (например, путем точечной сварки труб с повышенным содержанием материала матрицы) собираются в пакеты (касссты), обеспечивая таким образом безчехловую конструкцию кассст.На фиг, 1 приведены продольный и поперечный разрезы реакторной ячейки; на фиг. 2 - кассета активной зоны.Сердечник твэла 1 из ядерного топлива очехлован тонкостенной оболочкой 2; твэл, состоящий из сердечника 1 и оболочки 2, концентрически помещен в трубку 3 (например, стальную) с повышенным содержанием материала матрицы топлива (например К и Сг), имеющуо на одном конце стальную заглушку 4, на которую опирается твэл. Между оболочкой твэла 2 ц трубкой 3 пмс. ется воздушный зазор 5, моделирующий пористость активной зоны исследуемого реактора по теплоносителю. Воздушный зазор 4 фиксируется с помогцьо колец 6 (например, двух), одеваемых на оболочку 2 твэла. Кассета имеет концевик 7 для центровки в опорной решетке активной зоны. Коццсвик 7 закреплен в центральной трубке 3 кассеты (например, при помощи сварки).,О. татов экспериментов ца реакторс пулевой 15 20 25 50 65 ЗО 35 40 45 50 55 4Трубки касссгы сварены между собой по торцам, например, точсчцой сваркой 8. Данная конструкция ячейки активной зоны имеет следующие преимушества.Обеспечивается простая рсакторная ячейка активной зоны, обладающая гетерогенностью, близкой к гстсрогсццостц активной зоны моделируемого быстрого реактора, что упрощает расчетный анализ резу,ц, -мощности и цх перенос ца условия проектируемого быстрого реактора.Упрощается ъсхгология изготовления активной зоны, так как сокращается количество элементов регкторцой ячейки (до 3 - 4) и отпадает необходимость изготовления чехлов кассет (пакетов) для сборки реакторных ячеек и их элементов, значительно сокращается общее число конструктивных элементов активной зоны, Кроме того, по сравнению с активной зоной моделирусмого быстрого реактора в твэлах используются чистые (а не матричные) делящиеся ц сырьевые материалы, что существенно снижает затраты на изготовление твэлов;сокращается время на подготовку реактора к экспериментам, так как отпадает необходимость монтажа огромного количества пластин или цилиндрических и стержневы. элементов реакторных ячеек с топливными и конструкционными материалами в кассеты (пакеты);значительно сокращается объем экспериментов при проведении некоторых активационных экспериментов (например, прц измерениях отношений скоростей реакций взаимодействия нейтронов с ядрами различных изотопов) ввиду уменьшения числа элементов в реакторной ячейке до 3 - 4 против 20 в реакторе МАЯИСА.Имея набор труб различной толщины нли диаметра (обычно це более 2 - 3), прн использовании одного и того же типа твэл можно легко изменить соотношения ядерных концентраций и объемных долей компо. нентов реакторной ячейки и ее пористость, что позволяет моделировать изменения конструкции активной зоны. возможные на различных стадиях проектирования исследуемого реактора,или проводить оптимизацию конструкции активной зоны этого реактора. Сварка реакторных ячеек в кассеты (пакеты) путем точечной сварки внешних труб реакторной ячейки возможна в лабораторных тсловиях,Описанца Конструкция активной зоны реализована в создаваемой в ИЯЯ ЛН БССР быстро-тепловой крг 1 тическо сборке БТС, моделирующей материальный состав и спектр нейтронов энергетического быстрого реактора 1 эРИГ-ЗОО, охлаждаемого КО (реакторные ячейки и кассеты быстрой зоны критической сборки БТСполностью аналогичны реакторцой ячейке нфиг оставнтель В, Ушаков ехред А. Камышников дактор О, Филиппов корректор А, Степанов аказ 128 Подпнсно. Изд. Ъв 111ВЦИИПИ Государств по делам пзобре13035, Москва, Ж,Тираж 450ного комитета СССРнпй н открытийРаушская наб д. 4/о агорская типография Упрполигоафпздата Лособлпсполкома кассете, изображенных на фиг. 1 и 2 соответственно) .Формула изобретенияМодель ячейки активной зоны быстрого ядерного реактора в реакторе нулевой мощности, содержащая оболочкуопливо без матрицы, материалы и конструкционные материалы, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения качества моделирования путем приближения гетерогенности модели к гетерогенности активной зоны моделируемого реактора, оболочка выполнена нз материалов матрицы и конструкционных материалов. 6 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Яежепзоп 8. 6 оз 1 сиз 1-1. 1 ЕККА. Хе. го Епегду Вг 1 едег Кеас 1 ог АввегпЫу Рго сеейпоз о 11 п 1 егпа 11 опа Яугп 1:оз 1 агп оп Рп 1- йсв о 1 Гав 1 Кеас 1 ог Тоуо (111 1973 1 АЕА, 1 еппа. 1974.2. Напппег Р Р 1 ьнп ЗАСЕЛ%-1561, 1 ГК, 1972 г. Кеас 1 ог ЕКМПЕ. Перевод ь Материалах Международного симпозиума по физике быстрых реакторов, Красная серия ЕЦНИИАТОМИНФОРМ, Вып. 1, 1975.