Способ управления нейтронным потоком ядерногореактора и устройство для его осуществления

7164 Наиболее близкими по техническойсущности являюся способ управленияйейтронным потоком ядерного реактора путем изменения плотности поглощающего нейтроны газа, находящегосяв нейтронном потоке 3 , и устройство для его осуществления, содержащее замкнутый объем с газом поглотителем нейтронов, состоящий из сообщающйхся между собой секций, частьиэ которых расположена внутри н хотябы одна вне нейтронного потока ядерного реактора 4 ,Способ основан на изменении плотности газообразной Фазы поглотителяза счет нагревания его жидкой фазы,Жидкую фазу поглотнтеля нейтроновнагревают в баке подогревателя, с.которым непосредственно связан управляющий объем, содержащий пары ( газообразную фазу) поглотителя.Нагревая жидкую фазу поглотителя,увеличивают парообразованйе, изменяют давление насыщающего пара-йоглотителй и, таким образом, управляютпоглощающей способностью управляющего объема.В качестве поглотителя используются пары боринтриамина-жидкости с температурой кипения 53 О С. 10 15 20 25 30 Однако применение известных жидких поглотителей вызывает (особенно в паровой Фазе) сильную коррозию коммуникаций, повьппает инерционность 35 систем, требует мощных нагревателей, При аварийном отключении питания или отказа нагревателя, температура жид" кой фазы поглотителя уменьшается, уменьшается давление его насыщенного 40 пара, растет мощность реактора. Перечисленные недостатки обуславливаютснижение ядерной безопасности.Каждая из секций управляющего объема устройства для управления ядерно го реактора посредством импульсных линий соединена с напорным коллектором, давление в котором поддерживается насосом. Управление поглощающей способностьв секции достигается 50 изменением расхода газа через эту сек цию.Устройство содержит коммуникации для изменения давления газа-поглотителя, лневмоэлементы, в частности насос,55 различного рода соединения и уплотнения, Все зто:и наличие в устройстве подвижных механизмов обуславли- . у Т 15вает большую ядерную опасность разгерметизации и утечки газа поглотителя.Целью изобретения является повышение ядерной безопасности за счетповьппения надежности управления,отказа от подвижных Механизмов, коммуникаций для изменения давления газа-поглотителя уплотнений, разъемныхсоединений.Поставленная цель достигается тем,что изменяют перепад температур поглощающего газа между отдельными частями замкнутого объема, перераспределяя массу газа внутри объема термодиффузией; внутри по крайней мереодной секции, помещен по меньшеймере один нагреватель, например,электрический,Части замкнутого объема соединяют между собой так, чтобы свестик минимуму возможность теплопередачи между ними.Газ, поглощающий нейтроны, нагреваот в какой-либо из частей объема,в зависимости от конкретных требований к управлению. Охлаждают объемизвне, например, теплоносителем,Таким образом, создают перепад температур между определенными частямигазового объема, в зависимости оттребуемой плотности поглотителя вуправляющем объеме.Так как давление газа во всехчастях объема одинаково в стационарном состоянии, тр плотность газа вконкретной части определяется еготемпературой.Температура газа определяетсятемпературой теплоносителя, условиями охлаждения и мощностью нагревателя. При стационарном и равномерномохлаждении всего обьема, температура газа зависит лишь от работы нагревателя,что и используют дляуправления плотностью поглощающегогаза в управляющем объеме.При таком способе управления нетнеобходимости в механически перемешающихся элементах, разъемных соединениях, уплотнениях. Способ позволяет использовать химически неактивныйгаз (например, инертный гелий-З), повысить быстродействие систем управления, так как масса нагреваемого газаневелика до 1 г).Расположение нескольких частейзамкнутого объема с независимыми нагревателями в активной зоне поэволя716415 ет осуществить управление энергораспределением по объему реактора,При соответствующем расположениинагревателя в случае его аварийногоотключения или отказа поглощающаяспособность управляющего объемаувеЛичивается - устройство срабо"тает как средство защиты.Кроме того, предлагаемый способи устройство дают возможность осущест. 10вить простое резервирование расположением нескольких нагревателей совместно.Таким образом достигается повыше"ние ядерной безопасности. , 15Важная особенность способа заклю"чается в том, что он не требует никаких механических перемещений, пневмоэлементов, в том числе и насосов,для поддержания разности давлення. 20Именно в насосах происходит основнаяутечка поглощающего газа и загрязнение его маслом. Последнее вредносказывается на работе клапанов и вентилей и снижает ядерную безопасность, 25Условиями эффективности примененияи работы устройства являются сведение к минимуму переноса тепловойэнергии между частями замкнутогообъема, повышение мощности нагревате. 30ля увеличение отношения всего объе/1ма, занимаемого газом к управляюще-му.Расчеты показывают, что разогревпоглотителя под действием нейтронного З 5излучения реактора (единицы градусов Кельвина) на два порядка меньше,чем разогрев нагревателем (сотни гра=дусов Кельвина) и не скажется на работе устройств управления. Герметичность замкнутого объема в устройстве гарантируется неразъемными соединениями , которые могут быть осуществлены различными способами,например сваркой,45 лителем в активной зоне ядерногореактора,Управляющий объем состоит из трех сообщающжся между собой секций. По крайней мере одна секция содержит по меньшей мере один нагреватель, Для закрепления нагревателей в секциях служат диэлектрические прокладки 8. Провода 9, соединяющие нагреватели с источником питания, выводятся иэ замкнутого объема через вакуумные вводы 1 О. В качестве одного провода используется корпус устройства, соединение нагревателя с корпусом 11За счет разогрева поглощающегогаза нагревателем в какой-либо секциизамкнутого объема, изменяется перепад температур поглощающего газа,находящегося в различных секцияхзамкнутого объема, Из-за перепадатемператур происходит термодиффуэия,и масса поглощающего газа перераспределяется внутри замкнутого объема и55изменяется плотность поглощающегогаза в управляющем объеме, Таким образом, изменяется поглощающая способ- ность последнего,6На фиг,1, 2 и 3 представлены устройства для осуществления предлагаемого способа.Устройство, показанное на фиг,1,. служит для управления нейтронным потоком в активной зоне ядерного реактора и представляет собой устройство управления мощностью ядерного реактора.Устройство содержит эайкнутый обьем 1 с газом-поглотителем нейтро- нов 2 (например гелием " 3), состоящий из двух частей, Одна из них представляет собой управляющий объем 3, содержит нагреватель 4, напримервольфрамовую нить накаливания, Ь находится в актйвной зоне 5. Другаячастьпредстазляет собой газовыйколлектор 6 (находится вне активнойзоны ), к которому могут бйтьподключены . несколько уйравляющих обьеМОВеТеплоноситель 7 охлаждаетОбъемс газом-поглотителем йзне,При отключенном нагревателетемпература газа"поглотителя во всемобъеме одинакова и определяется температурой теплоносителя, При"включении нагревателя газ в управляющеиобьеме нагревается, часть газа пе-,реходит в кмлектор. Таким образом,в управлявшем объеме уменьшается плотйость газа," а значит,"уменьшается и поглощающая способность этого объема. При последующем отключейиинагревателя газ охлаждается теплоносителем, и ПротЕКают Обратные.процессы, Перепады температур погйощающего газа между частями обьеиа достигают единиц градусов Кельвина.ф.Устройство,. показанное на фиг,2, служит для управления нейтронным потоком и высотным энергораспреде5 1 О 15 20 25 30 35 Конструктивно устройство допускает как исполнение в одном корпусе,так и произвольное разделение секцийобъема.Применение предлагаемого устройства в качестве локального регулятора может быть осуществлено с располо"жением всего устройства внутри активной зоны. Такой локальный регулятор минимально изменяет интегральйую мощность, так как регулированиеосуществляется только перераспределением поглотителя в активной зоне, 50Это облегчает работу штатного регулятора интегральной мощности,На фиг.З показано устройство дляуправления нейтронным потоком внеактивной зоны, например, устройствоуправления нейтронным потоком 13на выходе горизонтального экспериментального канала 14, Устройство 40 ператур поглощающего газа ме; ду отдельными частями замкнутого объема, перераспределяя массу газа внутри объема термодиффузией..7 71возможно.наземныи способом, например,сваркой. Капилляры 12, соединяющие сек.ции объема, служат для сообщения секциймежду ними, Сварка и сборка секций производится последовательно сконтролем вакуума и изоляции,Устройство работает следующимобразом.При отключенных нагревателях температура поглощающего газа определяется температурой теплоносителя.Для увеличения мощности ядерного реактора следует повысить температуру газа в управляющем объеме,чтоосуществляется нагревателем. Разогревгаза приводит к тому, что часть газа. выходйт. из управляющего объема, ипоглощающая способность управляющегообъема уменьщается - мощность реактора возрастаетОбратные процессыпротекают при охлаждении газа, Перепады температур газа-поглотителя,находящегося в разных секциях могутдостичь нескольких сотен градусовКельвина.Секционирование позволяет управлять энергораспределением по высотеактивной зоны, так как поглощающаяспособность отдельной секции определяется работой конкретного нагревателя, расположенного в этой секции,Для уменьшения взаимовлияния секций друг на друга следует- увеличитьотношение всего объема, занимаемогогазом, к управляющему,отличается от вышеописанных только расположением нагревателя;С целью минимального искажения нейтронного потока на выходе горизонтального экспериментапьного канала нагреватель вынесен из управляющего объема и находится в коллекторе.Таким образом, описанные устройства, реализующие предлагаемый способ, повышают надежность систем управления и ядерную безопасность. В них отсутствуют подвижные механизмы, разъемные соединения, уплотнения, нет внешних коммуникаций.При соответствующем расположении .нагревателя в случае аварийного отключения или отказа нагревателя устройство срабатывает как средство защиты.Резервирование легко осуществить расположением нескольких нагревателей совместно.Применение описанного способа и внедрение устройства для управления в промышленности даст положительный зкономический эффект эа счет уменьшения утечек газа-поглотителя,Формула изобретения 1, Способ управления нейтронным потоком ядерного реактора путем из" менения плотности поглощающего нейтроны газа, находящегося в нейтронном потоке, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с. целью повышения ядерной безопасности за счет повышения надежности управления, изменяют перепад тем 2, Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее замкнутый объем с газом-поглотителем нейтронов, состоящий из сообщающихся между собой секций, часть нз которых расположена внутри, и хотя бы одна вне нейтронного потока ядерного реактора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения ядерной безопасности эа счет отказа от подвижных механизмов, коммуникаций для изменения давления газа-поглотителя, уплотнений, разъемных соединений, внутри по крайней мере одной секции9помещен по меньшей мере один нагре=ватель, например, электрический.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Англии У 1182888,кл. С 6 С, опублик, 1970.716415 1 О 2. Патент Англии В 1080384 (приоритет Канады), кл. С 6 С, опублик,1967.3, Патент США В 2.990.358,кл. 176-22, опублик. 1961.4. Авторское свидетельство СССРУ 5386 16, кл. С 21 С 7/22, 1974