Ядерный реактор

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ ОСУ СТВЕННОЕПАТЕНТНОЕ ЩОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)и ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕк авторско свидетельству 1(71) Институт атомной энергии им.И,В.Курчатова (72) Абрамов АСДоронин АС; Дроздов АА; Морозов ГЕ; Мосевицкий И.С.; Колеснев ВА,; Романов СЕ (56).1. Труды совещания специалистов по обмену опытом реконструкции исследовательских реакторов в странах-членах СЭВ, Москва,19842. Реактор ВВР. Технический проект И 3350-000-00, ИАЭ им. И.В,Курчатова, Москва (64) ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР(57) Использование: бассейновые ядерные реакторы. Сущность изобретения: ядерный реактор содержит заполненный теплоносителем корпус внутри которого установлена активная зона с размещенной над ней обечайкой, верхняя часть которой расположена под уровнем теплоносителя, входной коллектор подключенный к нижней части полости корпуса, . и выходной коллектор, расположенный под активной зоной. Вокруг активной зоны с обечайкой с зазором установлен стакан с днищем в нижней части,верхняя кромка которого расположена ниже торца обечайки, а вокруг стакана с зазором установлена и БГ О 1) И 202.3(51) б 0 21 С 1 60 2дополнительная обечайка, нижний торец которой.герметично соединен с выходным коллектором, аверхний расположен выше верхней кромки стакана.Причем кольцевой срез между обечайками закрыткрышкой с каналами, гидравлически соединяющимиполости между обечайками и стаканом с верхнейчастью корпуса, заполненной жидкостью, а проходное сечение 8 каналов определяется по опреПМВделенной зависимости, в которую, в частности, входят значения: велеины гидравлического сопротив-,ленияканалов; плотности э и з теплоноситеотвв Ьля и газа при рабочей температуре, соответственно;проходного сечения Г активной эоны; расстоянияаз.ЬН Н от нижней кромки канала до уровня теплоносителя в стакане; который образуется при утечкетеплоносителя; расходов теплоносителя о и о поконтуру циркуляции и максимально допустимого врабочем режиме через каналы, соответственно;мощности реактора Я подогрева теплоносителяРЬТ Т в активной зоне и теплоемкости С теплоносиРтела 2 ил,Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования .ядерных реакторов,особенно бассейновых ядерных реакторов.Цель изобретения - повышение надежности, ядерной и радиационной безопасности.Указанная цель достигается тем, что вядерном реакторе, содержащем заполненный теплоносителем корпус, внутри которого установлена активная зона срасположенной над ней обечайкой, верхняячасть которой расположена под уровнемтеплоносителя, входной коллектор, подключенный к нижней части полости корпуса, ивыходной коллектор, расположенный подактивной зоной, вокруг активной зоны с обечайкой с зазором установлен стакан с днищем в нижней части, верхняя кромкакоторого расположена ниже торца обечайки, а вокруг стакана с зазором установленадополнительная обечайка, нижний торецкоторой герметично соединен с выходнымколлектором, а верхний торец расположенвыше верхней кромки стакана, причем кольцевой срез между обечайками закрыт крышкой с каналами, гидра влическисоединяющими полости между обечайкамии стаканом с верхней частью корпуса, заполненной жидкостью, а проходное сечениеЯпрох. каналов выбрано в соответствии с соотношениемоС ЬТ- Г )БЦВ.З ПРОХР 63-- фгде ео;8. - коэффициент потерь давления вканалах;яа,э. - коэффициент гидравлическогосопротивления активной зоны;у - плотность теплоносителя при рабочей температура;уЬ - плотность газа при рабочей температуре;О - ускорение свободного падения;Л Н - расстояние от нижней кромкиканала до уровня теплоносителя в стакане,который образуется при утечке теплоносителя;,Р - проходное сечение активной эоны реактора;4 - расход теплоносителя по контуруциркуляции;Об - максимально допустимый расходтеплоносителя в рабочем режиме "через каналы;С 1 р - мощность реактора; Ь Т - подогрев теплоносителя в активной зоне реактора;С . - теплоемкость теплоносителя.Повышение надежности, ядерной и ра 5 диационной безопасности активной зоныядерного реактора обеспечивается следующим образом. В аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией первогоконтура циркуляции либо корпуса реактора,10 теплоноситель сохраняется в активной зонеи над ней за счет разрыва потока теплоносителя в пассивном переключающем устройстве газом (воздухом), проникающим вотверстие или кольцевую щель в крышке,препятствующем выбегу теплоносителя за,счет имеющегося перепада давлений, создаваемых насосами или разностью уровней теплоносителя в корпусе и местеразрыва. Теплоноситель, остающийся в ак 20 тивной зоне и над ней, обеспечивает отводостаточного тепла с твэлов путем межтвэльной циркуляции по принципу испарительного термосифона,Изобретение поясняется чертежами,где на фиг.1 дана конструктивная схемаядерного реактора; на фиг.2 - принципиальная гидравлическая схема циркуляции теплоносителя в ядерном реакторе.Ядерный реактор представляет собой30 бассейн 1, заполненный теплоносителем доуровня 2 и содержащий активную зону 3,окруженную оболочкой 4 и помещенную воболочку 5 с днищем, находящуюся внутривнешней оболочки б и оболочка 4 активнойзоны 3 накрыты кольцевой крышкой 8, имеющей элемент пассивного переключающегоустройства, которое может быть выполнено,например, в виде отверстий 9 (либо кольцевой щели) по периферии крышки,40 Вся описанная конструкция размещенав баке 10 реактора, закрепленном на фундаменте 11 и имеющем в нижней части подводящий патрубок 12 для проходатеплоносителя. Уровень 13 теплоносителя,45 оставшийся в оболочке 5 в аварийной ситуации, обеспечивает расхолаживание активной зоны 3 естественной конвекциейтеплоносителя. На днище оболочки 5 с дни- щем установлено поворотное устройство50 14, улучшающее гидравлические характеристики контура.Предложенный бассейновый ядерныйреактор работает следующим образом.В штатном режиме работы теплоноси 55 тель из бассейна 1 прокачивается при помощи насоса через активную зону 3, охлаждаятепловыделяющие элементы и экспериментальные устройства (на чертеже не показаны), разворачивается в поворотномустройстве 14 и по зазорам между оболоч1820758 15 20 25 30 40 50 ками 4 и 5 поднимается вверх, где в пассивном переключающем устройстве 9 смешивается с холодным теплоносителем и по зазору между оболочкой 5 и внешней оболочкой 6 через выходной патрубок 7 и по двум петлям через теплообменники подается через подводящий патрубок 12 в бассейн 1 через зазор между внешней оболочкой 6 и корпусом 10 реактора. В аварийной ситуации, связанной с прекращением работы насоса, теплоноситель проходит через активную зону 3, охлаждая тепловыделяющие элементы и экспериментальные устройства, через центральное отверстие в крышке 8 поднимается в бассейн 1. где перемешивается и отдает тепло в окружающую среду через стенки корпуса 10 реактора и; испаряясь с поверхности бассейна, через пассивное переключающее устройство 9 в крышке 8 опускается по зазору между оболочкой 4 и оболочкой 5, разворачивается в поворотном устройстве 14 и возвращается в активную зону 3,Ваварийной ситуации, связанной с разгерметизацией корпуса реактора 1 О или любого другого элемента первого контура, теплоноситель вытекает через место разрыва, но остается в оболочке 5 на уровне 13, обеспечивая охлаждение активной зоны от остаточного тепловыделения путем межтвэльной циркуляции,Например, принимая размер корпусареактора Оо = 874 мм, диаметр оболочки с днищем 01= 740 мм, диаметр внешней оболочки О 2 = 830 мм, толщину стенок обеих оболочек д = 4 мм при размерах активной зоны 510 х 420 и 600 мм и высоте оболочки Н 1 = 900 мм, оболочки с днищем Н 2 = 1050мм и внешней оболочки Нз = 1050 мм (всевысоты даны от центра активной зоны), посоотношению(1) получим для расхода а-1500 м /ч, ео=1,5 и принимая ЛН =0,1 м;прох. 0,011 м 2. Формула изобретения ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР содержащий заполненный теплоносителем корпус, внутри которого установлена активная зона с размещенной над ней обечайкой, верхняя часть которой расположена под уровнем теплоносителя, входной коллектор, подключенный к нижней части полости корпуса, и выходной коллектор, расположенный под активной зоной, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности ядерной и радиационной безопасности вокруг активной Из условий нормальной эксплуатации при отношении к 1/к 2 = 10, об= 10 кг/с Ор=42 10 Вт, ОТ=10 С Г,з =68 м получаем из;Япрох. ( 2 м2т,е. для обеспечения аварийного расхолаживания активной зоны после аварии с потерей теплоносителя из-за разрыва оболочки, с одной стороны, и обеспечения мощности реактора 4,2 Вт, с другой стороны, необходимо, чтобы площадь поперечного сечения байпасных отверстий (щели) лежала в пределах от 2 до 0,011 м, Невыполнение указанного условия приведет либо к невозможности достигнуть казанный уровень мощности(если Зпрох.2 м ), либо к недостаточному количеству теплоносителя внутри оболочки с днищем, (при Япрох.0,011 м ) в аварийной ситуации.Описанное устройство позволяет:повысить ядерную и радиационную безопасность, надежность реактора при эксплуатации;пассивным образом Ьсуществить включение описанных систем расхолаживания реактора при помощи переключающего устройства;дополнительно осуществить передачу тепла от активной зоны реактора в окружающую среду через ее боковые поверхности восходящими потоками теплоносителя внутри корпуса реактора;улучшить радиа ци",н ную обста новку при штатной работе реактора за счет увеличения времени движения теплоносителя от активной зоны более длинные трубопроводы) вследствие снижения кислородной активности и установки дополнительных оболочек в корпусе реактора;держать пассивное переключающее ус-. тройство всегда в рабочем состояний, как в штатном, так и в аварийном режимах работы реактора, и исключить необходимость взведения его для поддержания рабочего состояния. эоны, с обечайкой с зазором установлен стакан с днищем в нижней части, верхняя кромка которого расположена. ниже торца абечайки, а вокруг стакана с зазором установлена дополнительная обечайка, нижний торец которой герметично соединен с выходным коллектором, а верхний торец расположен выше верхней кромки стакана, причем кольцевой срез между обечайками закрыт крышкой с каналами, гидравлически соединяющими полости между обечайками и стаканом с верхней частью корпуса, заполненной жидкостью, а проходное, сечение каналов Япрох выбрано в соответствии с соотношением/ - гЗф е.эО аах9м нгде 4 от - коэффициент потерь давления на каналах: 104 а.з - коэффициент гидравлическогосопротивления активной зоны;у - плотность теплоносителя при ра бочей температуре;у 6 - плотность газа при рабочей температуре; о - ускорение свободного падения; ЛН - расстояние от нижней кромки канала до уровня теплоносителя в стакане, который образуется при утечке теплоносителя;Рз - проходное сечение. активной зоны реактора;о - расход теплоносителя по контуру циркуляции;06 - максимально допустимый расход теплоносителя в рабочем режиме через каналы;Ор - мощность реактора;ЬТ - подогрев теплоносителя в ак. тивной зоне реактора;Ср - теплоемкость теплоносителя,1820758 Составитель А, Дорониехред М.Моргентал ректор Л.Ливринц Редактор Ж. Рожко Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/ Зака е Пр одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10