Ядерный реактор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (3) 1)5 6 21 С 1/О ТЕ И ТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР. (ГОСПАТЕНТ СССР) ПИ АНИЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕ(54)(57) 1. ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, содержащий ограниченную торцовыми плитами и боковым отражателем активную зону, образованную размещенными между торцовыми плитами каналами, по которым циркулируют твердые элементы, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью улучшения баланса нейтронов за счет уменьшения коИзобретение относится к области атомной энергетики, а именно, к высоко- температурным ядерным реакторам для энергетического и технологического назначения.Цель изобретения - улучшение баланса нейтронов в активной зоне за счет уменьшения количества замедлителя и использование циркулирующих элементов после выхода их из активной зоны по различному назначению в зависимости от их свойств,На фиг.1 показан реактор, общий вид; на фиг.2 - узел 1 на фиг,1 (соединение подводящих трубопроводов и стержней с трубной доской); на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, поперечное сечение одного из каналов активной зоны; на фиг.4 - узел П на фиг.1 продольное сечение одного из каналов акличества эамедлителя, каналы образованы стержнями, установленными между торцовыми плитами, при этом расстояние между двумя смежными стержнями меньше поперечного размера циркулирующих твердых элементов.2. Реактор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью использования циркулирующих элементов после выхода их иэ активной зоны по различному назначению в зависимости от их свойств, ограничивающие активную зону торцовые плиты выполнены в виде трубных досок, с которыми соединены трубопроводы, имеющие форму поперечного сечения циркулирующих твердых элементов и установленные с наклоном в сторону от центра активной эоны, при этом наклон тем больше, чем дальше трубопровод отстоит от центра. тивной эоны; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.1, поперечное сечение подводящего трубопровода твэлов; на фиг.6 - поперечное сечение одного из каналов зоны (второй вариант); на фиг.7 - то же, третий вариант; на фиг.8 - схема циркуляции теплоносителя и твэлов в реакторе.Ядерный реактор содержит ограниченную слоем бокового отражателя 1, верхней 2 и нижней 3 трубными досками активную зону 4, В активной зоне размещены установленные между трубными досками стержни 5 иэ материала замедлителя и твэлы 6, размещенные между стержнями 5.Твэлы 6 могут быть различной формы: сферической с пазами 7, в которых размещены стержни 5 (фиг.3), многогранной, при этом стержни 5 треугольной формы (фиг.б), сферической, при этом стержни 5 имеютформулу треугольной призмы с вогнутыми гранями фиг,7).Стержни 5 закреплены в трубных досках 2 и 3 таким образом, что образуют каналы 8, в поперечном сечении каждого из которых может разместиться лишь один твэл, кроме того, твэл не может перейти в соседний канал, т.е. протиснуться между двумя рядом стоящими стержнями. Узел крепления стержня 5 в трубной доске 2 показан на фиг.2. С трубными досками 2 и 3 соединены трубопроводы 9, 10, в которых размещены твэлы 6, Трубопроводы расходятся в радиальном направлении от центра реактора;трубопроводы 9 вверх и в стороны от трубной доски 2, трубопроводы 10 вниз и в стороны от трубной доски 3, При этом наклон трубопроводов тем больше, чем дальше удалены они от центра активной эоны, Центральные трубопроводы 9 и 10 не имеют наклона и установлены перпендикулярно трубной доске, Между трубопроводами 9 и 10 над трубной доской 2 и под трубной доской 3 размещен материал биологической защиты 11, например, бетон, Биологическая защита 12 размещена также снаружи бокового отражателя.В первом варианте выполнения трубопроводы 9 и 10 имеются выступы 13, размещенные в пазах 7 твэлов 6.В стержнях выполнены каналы 14, в которых размещены поглощающие стержни 15,В твэлах могут быть выполнены каналы 16 для прохода теплоносителя (см.фиг,6).Реактор, включая отражатель 1 и трубные доски 2 и 3, окружен герметичным кожухом 17, снабженным патрубками 18 и 19 подвода и отвода теплоносителя (например, гелия - Не, см, фиг.8). Направление движения гелия и твэлов показано стрелками 20 и 21 на фиг.8.Твэлы состоят из сердечника 22, состоящего из топливных частиц в графитооой матрице, и оболочки 23, Стержни 5 выполнены из графита. Может быть предложен и такой вариант ядерного реактора, когда топливные частицы размещены в стержнях 5, т,е. стержни являются твэлами, а сферические или призматические тела перемещаются в каналах 8, образованных стержнями. При этом можно отказаться от прокачки через зону газообразного теплоносителя и отводить тепло путем циркуляции в контуре графитовых тел, . Возможен также вариант выполнения тел из материала, содержащего вещества, в которых под воздействием нейтронного поля реактора возникает интенсивное у-излучение. Такие у-реактивные вещества можнозатем испольэовать в технологических целях, Возможно выделение отдельных каналов 8 под тела с у-активными веществами.При работе реактора твэл ы 6 по трубопроводам 9 поступают в активную зону 4. Приэтом при размещении твэлов в трубопроводах ядерная реакция деления не идет из-заналичия промежутков между трубопроводами (увеличивающимся по мере удаления отактивной зоны) и наличия между трубопроводами вещества 11 эффективно замедляющего и поглощающего нейтроны,Следовательно, вне активной зоны 4 не достигается критическая масса.Из трубопровода 9 твэл 6 через соответствующее по форме твэлу, проходному сечению трубопровода и канала 8 реактораотверстие в трубной доске 2 попадает в ка 20 нал 8 активной зоны 4.В активной зоне 4, ограниченной с торцов трубными досками 2 и 3, возникают усповил для самоподдерживающейся цепнойреакции деления, При этом каждый твэл перемещается по своему каналу активной зоны, образованной смежными стержнями 5.По центру активной зоны перемещаютсятвэлы с меньшим обогащением топлива, попериферии - с большим. По отдельным каналам перемещаются сферические илипризматические элементы с у-активнымивеществами, Различное обогащение твэловв различных каналах выравнивает нейтронное поле по радиусу ядерного реактора.Регулирование мощности реактора икомпенсация реактивности осуществляетсяпоглощающими стержнями 15, перемещаемыми в каналах 14 стержней 5.Возможна компенсация реактивностипосредством перемещающихся между твэлами шаровых или призматических элементов из материала поглотителя, при этом вотличие от реакторов со свободной засыпкой зоны можно достаточно точно судить о45 положении его в активной зоне по высотеположение его по радиусу абсолютно точноопределено размещением его в определенном канале).Твэлы перемещаются через активнуюзону и по трубопроводам под действиемсобственного веса в направлении, показанном стрелками 21.Каждый твэл активной зоны циркулирует также в отдельном канале. После прохож 55 дения активной зоны твэпы могут поступатьв технологический аппарат, например, дляоблучения полиэтилена,В случае реакции цикла многократногопрохождения активной зоны твэлы послетехнологического аппарата шнековым, поршневым или пневматическим подъемникомподнимаются вверх и затем опять по каналам опускаются через активную зону. Приэтом возможна реализация такого принципа, когда твэлы, прошедшие при первомпрохождении через периферию зоны, затемперемещаются по центральным каналам.Для этого необходимо соединить выходыпериферийных каналов с входами центральных каналов через каналы, в которых размещены подъемные механизмы,Охлаждается активная эона потокомгелия, поступающего в ее полость черезпатрубки 18 и опускающегося вниз и покидающего зону через патрубки 19,В случае варианта, когда топливо размещено в стержнях 5, сферические и призматические элементы могут и не содержатьтоплива. Проходя зону, элементы путем теплопроводности и лучистого теплообмеа д греваются от стержней 5. далее поступлю в теплообменник, где отдают тепло теплово сителю второго контура.5Использование предложенного ядерного реактора позволит эффективно регулиро вать поле энерговыведений по радиусу зоны за счет размещения твэлов в различных кя 10 налах с различным обогащением, использовать твэлы или твердые элементы различного состава для разных технологических или энергетических целей после прохождения зоны за счет деления их на 15 различные потоки, улучшить баланс нейтронов по сравнению с прототипом, так как в случае конструкции каналов, образованной стержнями, уменьшается объемная доля замедлителя в активной зоне по сравнению с 20 топливом.1222109 г 1 Составитель В.ПеревезенцевТехред М.Моргентал КорревФор Н Гун едактор Л.Письм здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина изводственн аказ 2376 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрет 113035, Москва, Ж, РаушсПодписноеям и открытиям при ГКНТ СССРнаб., 4/5