Ядерный реактор предельной безопасности

19) Я (1 Ц 1831171 13) А 1и)ь ог 1 С 1 гЗ а) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИВТОРСКОМУ СВИДОТМЬСТВ 2(57) Использование: преимуществен температурных ядерных реакторах с лоносителем, Сущность: ядерный ре жит активную зону, отражатель, набра почек выполненных из материала с от турой пор, проницаемых только для веществ, Оболочки заполнены теппоп веществом с температурой фазовог газообразное состояние ниже преде мой температуры, обеспечивающей прочность элементов конструкции реа температуры теплоносителя на выход зоны при нормальном режиме. Вход поносителя в отражателе выполнены но ниже и выше активной зоны и и подъемному участку циркуляционного поносителя. 1 зп ф-лы 1 ил..Курчато епции безо - Атомная едоварной турным стестмиатова,В. Иссл ода яде емпера ром се и шдровы .И.В.Курч ЕДЕЛЬНОЙ БЕСОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУВЛНКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)(71) Институт атомной энергии им.И(56) Новиков В,МИгнатьев В.В, Концпасных реакторов нового поколениятехника за рубежощ 1987, й 11, с 9,Крашенинников ДП, Андреев Ание процессов аварийного теплоотвэнергетической установки с высокотрасплавно-солевым ядерным реактвенной циркуляцией теплоносителятвэлами (ВТРС) . Отчет ИАЭ имина 3 Ч Э 5/799687, 1987, с 8,(54) ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР ПР3 ОПАСНОСТИ но в высоко- жидким тепактор содернный из обокрытой струк- газообразных оглощающим о перехода в льно допустидлительную ктора, и выше е из активной и выход теп- соответственрисоединены кконтура теп30 35 40 45 50 Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано для останова и расхолаживания реактора без использования внешних источников энергии, хладагента и вмешательства извне, только за счет использования внутренне присущих свойств безопасности реактора и пассивных защитных систем, Данное изобретение будет работать даже при опрокидывании корпуса реактора,Целью изобретения является повышение безопасности ядерного реактора,На чертеже дана схема предлагаемого реактора.Ядерный реактор предельной безопасности с естественной циркуляцией теплоносителя содержит активную зону 1, набранную из шаровых тепловыделяющих элементов 2, окруженную отражателем 3, Отражатель состоит из оболочек 4, выполненных из вещества с открытой структурой пор, непроницаемых для теплоносителя. Материал оболочки,не взаимодействует с теплоносителем и теплопоглощающим материалом, Если теплоносителем является шлак - ВеР, то в качестве материалов могут быть использованы нержавеющая сталь, ниобий или тантал, имеющие хорошую стойкость в данном теплоносителе. Оболочки 4 заполнены веществом 5, которое одновременно является отражателем и поглотителем тепла, например, гидридом лития 1.Н, или фторидом бериллия - ВеР 2. Проведенные расчеты показывают, что для расхолаживания реактора Ъощностью 300 МВт, в котором осуществляется полная перегрузка активной зоны через 2 месяца необходимо примерно 50 т гидрида лития для расхолаживания в течение года. Затем уровень остаточного тепловыделения спадает до величины, которая может быть отведена теплопроводностью, Над активной зоной расположен верхний коллектор 6 и подъемный канал 7. В верхней части корпуса расположен переливной участок 8,компенсационный бак 9 и теплообменник 10, Вдоль корпуса реактора 11, в который заключено все оборудование первого контура, проходит опускной канал 12. Под активной зоной расположены нижняя емкость 13 и нижний коллектор 14. Активная зона 1, отражатель 3, верхний 6 и нижний 14 коллекторы, Фдъемный 7 и опускной 12 каналы, переливной участок 8, компенсационный бак 9 и теплообменник 10 заполнены теплоносителем, например, ОГ-Вериг Вокруг корпуса реактора расположена защитная оболочка 15. Между корпусом реактора 11 и защитной оболочкой 15 расположена полость 16, соединенная кана 5 10 15 20 25 лами 17 и 18 с атмосферой, Канал 18 соединен с атмосферой через трубу необходимой высоты, в которую выбрасывается нагретый воздух, обеспечивая контур естественной циркуляции, Объем полости 16 меньше объема компенсационного бака 9. В верхней части корпуса реактора расположен трубопровод 19 с клапаном 20, соединяющим объем, заключенный под корпусом реактора с атмосферой или с конденсатором, через систему очистки на схеме не показана).Предлагаемое техническое решение работает следующим образомПри нормальных условиях работы теплоноситель нагревается в активной зоне 1, поднимается вверх по подъемному каналу 7, Затем, проходя полость 8 поступает в теплообменник 10, где охлаждается и поступает в опускной кЬнал 12, одной из стенок которого является корпус 11. Из канала 12 теплоноситель поступает в нижнюю емкость 13, разворачивается и вновь поступает в активную зону 1. Часть теплоносителя поднимается вверх. в отражателе между шаровыми полостями, Известно, что расход через параллельные полости обратно пропорционален их гидравлическим сопротивлениям, в отражателе выделяется меньше тепла, чем в активное зоне, и при движении по параллельным полостям в них реализуются одинаковые потери давления, Л Р и Л Ррг1 диЬР = ЬР = 1 г гс 1ггде- коэффициент сопротивления;1 - длина полости (активной зоны или отражател я);бг - гидравлический диаметр;и - скорость теплоносителя;д - плотность теплоносителя.Поскольку скорость в основном определяется гидравлическим диаметром, то можно сделать вывод, что для обеспечения одинаковой температуры теплоносителя на выходе из активной зоны и отражателя должно выполняться условие:И 1 1аз отг азЙ с 1с 1отр ОТР газ где Й - выделяемая мощность: символы: а, э - активная зона; отр, - отражатель,Зная мощности и характерные длины, легко рассчитать отношения диаметров шаров отражателя - нотр и активной зоны бтвэла. Для большого класса реакторов предлагаемой конструкции оно находится в пределах:с 15-10ОТР Известно также, что тепловыделение в отражателе распределено и спадает с удалением от активной эоны, Поэтому для обеспечения равномерного нагрева отражателя расход теплоносителя в радиальном направлении должен быть перераспределен. Этого можно добиться путем уменьшения диаметра шаров с теплопоглощающим материалом от внутренней до внешней границы отражателя в соответствии с законом изменения тепловыделения, Для того, чтобы уменьшить количество шаров с различными диаметрами, отражатель по радиусу может, быть разбит на зоны, с заполнением каждой зоны шарами с одним диаметром. Для обеспечения охлаждения корпуса реактора воздух подается вниз под корпус реактора по трубопроводу 17, поднимается вверх по полости 16, охлаждая корпус 11, и через трубопровод 18 поступает в трубу необходимой высоты (на схеме не показана), откуда выбрасывается в атмосферу, Движение воздуха осуществляется за счет естественной конвекции.При нетяжелых аварийных ситуациях, характерных для данного типа реактора, связанных, например, с прекращением теплоотвода от теплообменника 10 реактор останавливают тем или иным способом, а аварийное расхолаживание осуществляется по той же схеме, что и при норМальных условиях работы. Теплоотвод при этом осуществляется от корпуса реактора.При аварийных ситуациях, связанных с одновременным выходом из строя охлаждения в теплообменнике и охлаждения корпуса, выбросом всех стержней регулирования и потери герметичности силового корпуса гроисходит следующее. Теплоноситель из компенсационного бака 9 заполняет г 1 олость 16 и трубопровод 17. Объем теплоносителя в баке больше, чем объем полости 16 и трубопровода 17, загнутого вверх, поэтому контур циркуляции теплоносителя сохра няется.Поскольку запас надкритичности невысок, активная зона останавливается после нагрева на 50 - 100 С за счет отрицательного температурного коэффициента реактивности, даже при отказе аварийной системы останова. Нагрев теплоносителя будет продолжаться за счет процесса остаточного тепловыделения. Циркуляция теплоносителя также продолжается в связи с тем, что в подъемном канале 7 он всегда горячей, чем опускном 12. При прогреве теплопоглощающего вещества в отражателе до температуры, когда давление насыщенных газов (паров) будет выше температуры разложения (испарения), теплопоглощающее вещество 5 начнет разлагаться (испаряться). Посколькутеплоотвод в теплообменнике и с корпуса отсутствуют, то теплоноситель будет не охлаждать, а нагревать отражатель, причем быстрей в том месте, где лучше теплоотвод, 10 а именно- рядом с активной зоной. Поэтомуименно там быстрее начнется разложение теплопоглощающего вещества с выходом газа (пара) в подъемный канал 7 контура, Это приведет к еще большему перераспре деленйю расхода теплоносителя и увеличению его в месте разложения. При этом плотность отражателя и, следовательно, его отражающие свойства будут ухудшаться именно в том месте, где он наиболее эффек тивен - рядом с активной зоной, что приведет к еще большему снижению эффективного коэффициента размножения нейтронов, а следовательно, к увеличению безопасности реактора.25 При весьма маловероятных аварийныхситуациях, связанных с выливанием теплоносителя, например, при землетрясении с расколом защитной оболочки 15 и потерей герметичности корпуса 11 теплоноситель 30 выльется. Шаровые тепловыделяющие элементы 2 и шары отражателя 4 с теплопоглощающим веществом 5, которые могут быть выполнены с плотностью меньшей, ем плотность теплоносителя, опустятся вниз в ниж нюю емкость 13, где находятся элементыконструкции с поглотителем нейтронов, останавливающим реакцию деления (на схеме не показаны). Объем полости 13 выбран большим, чем объем активной эоны 1 и от ражателя 3. Тепловыделяющие элементыперемешиваются с шарами 4, содержащими теплопоглощающее вещество 5 и передают последним тепло теплопроводностьа. Кроме того, они охлаждаются газом (паром) теп лопоглощающего вещества, выделяющимсяпри разложении (испарении).Аналогичная схема расхолаживания будет и в случае падения реактора набок с выливанием теплоносителя, Отличие будет 50 заключаться в том, что тепловыделяющиеэлементы 2 и шары отражателя 4 не переме, щаются и тепло будет отводиться теплопроводностью и выделяющимся газом (паром), Если теплоноситель при этом не выльется, 55 то тепло будет отводиться и его естественной конвекцией, что приведет к снижению температуры тепловыделяющих элементов,Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить ядерную и радиационную. безопасность путем оста1831171 8 нова реактора и отвода тепла остаточного тепловыделения даже в случае аварийных ситуаций, связанных с одновременным нарушением герметичности силового корпуса, выбросом стержней регулирования и выхо дом из строя внешней сисгемы теплоотвода, Ядерная безопасность при этом повышается со временем за счет ухудшения отражающих Формула изобретения "0 1,ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР ПРЕДЕЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, содержащий активную зону, окруженную отражателем, и контур циркуляции жидкого теплоно сителя с подъемным участком, включающим в себя активную зону, и опускным участком, отличающийся тем, что, с целью повьшения безопасности реактора, отражатель изготовлен из теплопог лощающего вещества, размещенного в; оболочках, выполненных из материала с открытой структурой пор, проницаемых только для газообразных веществ, а температура фазового перехода тепло поглощающего вещества в газообразное состояние ниже предельно допустимой свойств отражателя. Система отвода остаточного тепловыделения, работает автономно, и только за счет внутренне присущих свойств обеспечения безопасности, Предлагаемое техническое решение работает и в случае некоторых аварийных ситуаций, связанных с разрушением защитной оборочки и потерей герметичности силового корпуса. температуры, обеспечивающей длительную прочность элементов конструкции реактора, и выше температуры теплоносителя на выходе из активной зоны при нормальном режиме, причем вход и выход дополнительного контура циркуляции теплоносителя через отражатель присоединены к подъемному участку соответственно ниже и выше активной зоны,2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что структура отражателя набрана по крайней мере из двух областей, причем размер оболочек в периферийной области отражателя меньше, чем в области, примыкающей к активной зоне реактора.20 Н. Масловгентал оставител ехред М,М орректор А. Обруч дактор С, Кулаков Заказ 6 Тираж ПодписноНПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5ь Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,