Тепловыделяющая сборка быстрого реактора

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН И 9) (11) СЮ 4 021 С 330 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(56) Багдасаров Ю. Е. и др. Техничес.кие проблемы реакторов на быстрыхнейтронах М., Атомиздат, 1969,с, 20-40, оАвторское свидетельство СССРпо заявке В 2967548/18-25,кл. 0 21 С 3/28, 1980.Авторское свидетельство СССРВ 803715, кл. О 21 С 1/02, 1978.(54)(57) 1, ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКАБЫСТРОГО РЕАКТОРА, содержащая тепловыделяющие элементы, в топливной части которых размещена воспроизводящая прослойка, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения показа-, телей воспроизводства, энерговыработки и упрощения управления реактором, воспроизводящая прослойка топливной части тепловыделяющих элементов .размещена несимметрично относительно поперечной плоскости сборки, причем у одной части тепловыделяющих элементов она смещена вверх, а у другой- вниз.2. Сборка по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что воспроизводящие прослойки размещены несимметрично относительно поперечной плоскости и одинаково для каждой части тепловыделяющих элементов.Изобретение относится к атомной промышленности, а именно к активным зонам быстрых реакторов.Известна тепловыделяющая сборка быстрого реактора, содержащая ТВЭЛы с керамическим топливом.Недостатком этой сборки является то, что быстрый реактор, собранный из них, характеризуется относительно низким избыточным воспроизводством вторичного топлива.Известна тепловыделяющая сборка быстрого реактора, содержащая в группе ТВЭЛов сырьевой материал по всей их длине.15Недостатком этой сборки является неравномерность подогрева теплоносителя по длине групп ТВЭЛов и аксиальная неравномерность энерговыделения, что уменьшает общую энерговыработку.Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату к описываемой является тепловыделяющая сборка быстрого реакто 25 ра, содержащая тепловыделяющие элементы, в топливной части которых размещена воспроизводящая прослойка,Однако указанная сборка с воспроизводящей прослойкой характеризуетсянеравномерностью энерговыделения, апрослойка представляет из себя значительный нейтронный барьер, уменьшаянейтронную связь между топливнымичастями,35Целью изобретения является устранение укаэанных недостатков и разработка конструкции, которая характеризуется улучшением показателей воспроизводства, энерговыработки и упрощения управления реактором.Указанная цель достигается тем,что в тепловыделяющей сборке быстрого реактора, содержащей ТВЭЛы, в топливной части которых размещена воспроизводящая прослойка несимметричноотносительно, поперечной плоскостисборки, причем у одной части тепловыделяющих элементов она смещена вверх,а у другой - вниз.Целесообразно также, чтобы воспроизводящие прослойки были размещенынесимметрично относительно поперечнойплоскости и одинаково для каждой части тепловыделяющих элементов.В результате такого выполнениясборки в средней по высоте части активной зоны быстрого реактора образуется смешанная подзона, содержащая воспроизводящие прослойки с обедненным или естественным ураном и топливные части ТВЭЛов с. обогащенным топливом. Вниз и вверх от этой подзоны будут расположены подзоны активной зоны, содержащие только топливные части ТВЭЛов. В предельном случае, когда воспроизводящие прослойкй составляют половину высоты. активной эоны, таких подзон активной зоны -не будетПри этом воспроизводящие прослойки будут примыкать к экранным частям ТВЭЛов (для ТВЭЛов с верхним размещением плослойки - к верхнему, а для ТВЭЛов с нижним размещением прослойки - к нижнему торцевому экрану, который образуется совокупностью экранных частей ТВЭЛов).Следует отметить, что резистивность двух таких ТВЭЛов будет условной (если не рассматривать место расположения газовбй полости), так как каждый из них получается переворачиванием другого.Строгих требований к регулярности (чередованию) размещения разнотипных (по расположению воспроизводящих прослоек) ТВЭЛов в топливной сборке в предложенном техническом решении - нет, хотя, конечно, чередование (регулярность) разнотипных ТВЭЛов по рядам или внутри ряда является желательным и будет способствовать увеличению нейтронной связи. Это обусловлено тем, что длина пробега нейтронов значительно больше размеров ТВЭЛов. С точки зрения теплогидравлики также нет строгих требований ктакой регулярности, так как по суммарному тепловьщелению и подогреву теплоносителя в ячейках, образованных ТВЭЛами, такая разнотипность влияния не оказывает. Поэтому ошибкапри монтаже тепловыделяющей сборки(или конструктивная сложность размещения разнотипных ТВЭЛов в регулярной решетке, как, например, при нечетном количестве ТВЭЛов в ряду и в крайних рядах сборки и др.) практически не скажется на работоспособности сборки, То же самое относительно и к соотношению количества ТВЭЛов в сборке разнотипных по смешению воспроизводящей прослойки. Естественно, более оптимальным будет 507-ное соотношение таких ТВЭЛов в сборке,На фиг. 1 изображена ТВС по прототипу с симметрично расположенными10789воспроизводящими прослойками у всех ТВЭЛов сборки, продольный разрез; на фиг 2 - разрез А-А фнг, 1; на фиг.3- предлагаемая ТВС с несимметричным размещением воспроизводящей прослойки, продольный разрез; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 продольный разрез активной зоны предлагаемого реактора; на фиг. 6 показано распределение нейтронного поля 10 и поля тепловыделения по изобретению и прототипу; на фиг. 7 - продольный разрез ТВС по изобретению для предлагаемого случая, когда воспроизводящая прослойка простирается вплоть 15 до экранных частей ТВЭЛов.Тепловьщеляющая сборка содержит топливную часть 1 ТВЭЛов с обогащенным топливом, воспроизводящую прослойку 2 с обедненным или естествен ным ураном, экранные части 3, боковой экран 4, окружающий активную зону 5 реактора; кривые распределения нейтронного потока 6 и поля тепловыделения 7 в известной конструкции реактора, а 8 и 9 - соответственно кривые распределения нейтронного поо тока и поля тепловыделения в настоящей конструкции реактора характеризуют возможности выравнивания акси ального распределения процессов.Важным фактором в достижении высоких показателей воспроизводства является выбор материала воспроизводящей прослойки. В настоящей конструкции реактора в качестве наиболее эффективной воспроизводящей прослойки применен металлический уран.Настоящее техническое решение поэ 40 воляет при необходимости увеличить долю металлического урана в активной зоне, не ослабляя нейтронной связи нижней и верхней частей активной зоны (за счет увеличения размера вос производящей прослойки) и повысить .коэффициент воспроизводства до требуемых значений,Другим вариантом исполнения настоящего технического решения является несимметричное размещение воспроизводящих прослоек в масштабе всей топливной сборки, т.е. для части сборок во всех ТВЭЛах воспроизводящие прослойки размещены вверху, а у остальных сборок - внизу от диаметральной плоскости. Таким образом, каждая сборка будет содержать однотипные по размещению воспроизводящей прослойки 38 4ТВЭЛы. Это позволяет упростить процесс сборки ТВЗЛов в ТВС и технологию переработки отработавших ТВС.Размещение разнотипных (по размещению воспроизводящих прослоек) ТВС вактивной зоне может осуществляться поконцентрическим зонам или в равномерной решетке ТВС.Предлагаемое техническое решениеимеет следующие положительные качества: обеспечивает более сильную нейтронную связь подзон активной зоны,достигается дополнительное аксиальное выравнивание поля тепловыделения/и нейтронного поля с сохранением егосимметрии относительно диаметральнойплоскости, повышается накопление плутония в воспроизводящей прослойке ивсей активной зоне, в результате чего существенно уменьшается темп изменения реактивности от выгорания горючего, что позволяет увеличить дли- .тельность работы реактора без перегрузки и сократить число компенсаторов выгорания. Не менее важным факто.ром является то, что эти эффекты неослабляются с увеличением размерааксиальной воспроизводящей прослойкии при использовании в качестве материала прослойки плотного металлического урана.С точки зрения теплогидравликипредложенное техническое решение никаких особенностей по сравнений спрототипом (при симметричном размеще-,нии воспроизводящей прослойки), неимеет, поскольку все топливные элементы в сборке (со смещением вверхи вниз прослойки) будут иметь одинаковое тепловыделение и подогрев теплоносителя, Поэтому особых требований к идеальному перемешиванию теплоносителя соседних ТВЭЛов в данномслучае не возникает.Эффективность настоящего технического решения рассчитана на примеререактора типа БНс гетерогеннойактивной зоной. Результаты расчетов.приведены в таблице,Иэ этих результатов следует: - усиление нейтронной связи верхней и нижней частей активной эоны можно видеть по величине К, смешанной подзоны с воспроизводящими прослойками, Для прототипа К0,5, т.е.Осмешанная подзона подкритична (поглощающая) и подзоны с топливными частями ТВЭЛов связаны слабо. Дпя предла+0,1 16- 10 гаемого технического решения Кэтой подзоны возрастает до 1,1-1,2,т.е. подзона становится размножающей.При этом исчезает спад нейтронногопотока 8 в этой подзоне, поэтому невозникают трудности в управлении реактором;- внутренний коэффициент воспроизводства КВА (активной зоны с воспро- Ю изводящей прослойкой) возрастает с 0,93 до 1,01, а изменение реактивности за интервал работы без перегрузки меняется от 1,67 до нуля, т.е. достигается полная самокомпенсация 15 выгорания и реактивности, что позволяет увеличить интервал работы без перегрузки в два раза при уменьшении числа компенсаторов в несколько раз; Объем активной зоны, м зВысота активной зоны, см Высота воспроизводящейпрослойки, см Количество ТВС в активной зоне (отн, ед.) Критическая загрузка, кг Аксиальный коэффициент неравномерности по активнойзонеа) нейтронного потока б) тепловыделения по топливной части Изменение реактивности(д 1 = 150 сут) Количество компенсаторов выгорания (ь 1 = 150 сут) б- аксиальный коэффициент неравномерности нейтронного поля по всей высоте активной зоны уменьшается с 1,3 до 1,08, до такой же величины уменьшается неравномерность тепловыделения в топливной части ТВЭЛов. В результате средняя линейная нагрузка ТВЭЛа увеличивается на 57, что позволяет соответственно уменьшить число ТВС и критическую загрузку.Таким образом, предлагаемое изобретение улучшает целый комплекс физических и экономических характеристик быстрых реакторов.Техническое решение применимо для быстрых реакторов с любым видом теплоносителя (натрий, пар, газ и др.) и топлива (оксидное, нидридное, карбидное и т.д.).1078938 в 2 раза 300 150 0,6-0;7 1,1-1,2 0,5 40 кг/год 635 595 0,4 8,4 420 400 Интервал работы междуперегрузками, сут К (смещенная подзона) Избыточное воспроизводствоРи, кг/год Средняя глубина выгорания(рог 7 едактор П. Горькова Техред А,Кравч Муск орректо Подписное 1 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 каз 908/3 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, Тираж 395твенного комитета СССРбретений и открытий