Материал литиевого элемента термоядерного реактора
Применение литийсодержащего микрокристаллического стекла в качестве материала литиевого элемента термоядерного реактора.
СООЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК
„„SU„„1032 2 А1 (51)5 G 21 B 1/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
2 (54) МАТЕРИАЛ ЛИТИЕВОГО ЭЛЕМЕНТА ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (57) Применение литийсодержащего микрокристаллического стекла в качестве материала литиевого элемента термоядерного реактора. (21) 3261893/18-25 (22) 18.03.81 (46) 07.02.91. Бюл. У 5 (72) Н.К.Виноградова, В.В.Борисов и В.В.Александров (53).533.9 (088.8) (56) Internationai Tokamak Reactor Zего
Phase. Vienna, 1АЕА 1980, р. 377378, 399-400, 347-353.
Li<0, алюминат лития 1А10, ортоси- Pg ликат лития Li@Si0 и метасипикат лития Ll Недостатком окиси и алюмината яв ляется гигроскопнчность, особенно .большая у окиси. При извлечении три- . м тия из облученыюх элементов термическим .методом адсорбированная влага будет загрязнять тритий воротнем, что потребу- М ет дополнительного изотопного разделения, Недостаток орта силиката и метасили-, :ката состоит в осынании элементов при облучении, чему способствуют вибрации; ,:сопровождающие работу реактора, При :осыпении меняется форма элементов и .образуется пыль. Предлагается в качестве литиевого элемента термоядерного реактора при-: менять литийсодержащее микрокристал- . лическое стекло. Использование литийсодержащих микрокристаплнческнх стекол (ситталов) в качестве материала литиевого weИзобретение относится к термоядерной технике и предназначено дпя вос-. произведения трития в термоядерном реакторе. При облучении нейтронами литиевых элементов, содержащих .1.1"6, происходит образование трития и гелия, которое сопровождается выделением тепла. В настоящее. время рассматрива ют комбинированную систему охлаждения литиевых элементов с помощью воды и газообразного гелия. Литиевые элементы будут работать в среде гелия при давлениях вьппе и ниже атмосфер ного (вплоть до вакуума). Извлечение трития из литиевых элементов достигается повышением температуры относительно температуры облучения в режиме накоппения трития. Достаточной температурой считается та, при которой выделяется хотя бы 507, накопленного трития. Перспективными материалами литиевых элементов являются химические соединения с высокой обьемной концентрацией лития, например окись лития ОПИСАНИЕ HSOEPETEHHR 1032926 Техред Л.0лийнык Редактор О.Филипова Корректор И.Муска Заказ 767 Тираж 262 Подписное ВНИИПИ Государственно"o комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 мента позволМт при сохранении достаточно высокой объемной концентрации лития (на уровне алюмината лития), во-первых, повысить изотопную концен5 трацию лития вследствие негигроскопичности ситаллов и, во-вторых, предотвратить осыпание элементов и 3апыление гелиевого потока вследствие ппотной структуры ситаллов. 1.0 Практически были испытаны опытные литиевые элементы в виде шаров диа" метром 10 мм из ситалла состава„ мас.X: 55,9 Si0 ; 22,2 L1 0; 18р9 (А1 0 +И90+РЬО)", 3,0 Р О . Литии имел природный изотопный состав. Объемная плотность шаров колеба3 лась в пределах 2рб210р02 г/см . От" сюда объемная концентрация лития 0,270+0,02 г/см и@и (2,34+0,02)" х10 ат/см . После облучения в ядер-. ном реакторе до накопления трития 5,9 Ku/ñè (2р3.10 мас. Ж) литиевые элементы сохранили неизменными свою форму, размеры, поверхность. Образования видимых трещин и осыпания не было. Облученные элементы разрушалисьь при нагрузках, превышающих 40 кг. Можно предположить вариант устрои- 30 ства литиевой зоныр в котором применение ситаллов было бы наиболее эффективно. Зто засыпка из шарообразных литиевых элементов, охлаждаемая гелием. Согласно оценке в этом случае литиевые элементы должны выдержи- 35 вать без разрушения нагрузку около 40 кг на элемент. Ситалловые шары ди- аметром 10 мм удовлетворяют этому требованию. Износостойкость ситаллов позволит периодически перемешивать шары непосредственно в объеме литиевой зоны по-. средством увеличения скорости гелия до возникновения явления "кипящего слоя". Перемешивание полезно с точки зрения выравнивания степени выгорання лития по всему объему литиевой зоны и продления срока службы элементов, Если использование ситалловьрх элементов предполагает отсутствие защитной оболочки, то элементы из керамики должны ее иметь. Можно предположитьр что эта оболочка будет металлической с очень мелкими отверстиями, пропускающими гелий, тритий и пары тритиевой воды, но не пропускающими пыпевые частицы, Материал оболочки должен иметь температуру плавления выше 800 С. Все конструктивные металлы и сплавы такой степенью тугоппавкости при нейтронном облучении будут активироваться с образованием гаммаактивньм изотопов. Это приведет к увеличению необходимой толщины радиационной защиты сверхпроводящих обмоток магнитных катушек. Возрастут сложности с органиэацией захоронения отработанньм литиевых элементов. Если принять во внимание, что шарообразные литиевые элементы в термоядерном реакторе будут исчисляться десяткаья и сотнями миллионов штук то эффект от ликвидации оболочки виден наглядно э Таким образом, литиевые элементы из ситалла благодаря отсутствию оболочки будут отличаться низкой себестоимостьюр потребуют низких капитальных затрат на стадии изготовления, будут обладать нулевой металло рмкос-, тью, приведут к уменьшению толщины радиационной защиты от гамма-излучения и к снижению радиоактивности от" ходов.
