Способ эксплуатации ядерного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами (его варианты)
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к ядерным реакторам с шаровыми тепловыделяющими элементами. Целью изобретения является повышение выгорания топлива и срока службы замедлителя. Способ эксплуатации ядерного реактора заключается в том, что шаровые твэлы, находящиеся в активной зоне, вытесняют вновь вводимыми твэлами в свободный объем больший, чем суммарный объем всех органов регулирования и порции вновь вводимых твэлов с учетом их пористости. Вследствие этого в свободном объеме вытесненная порция твэлов переходит во взвешенное состояние, при котором производят равномерное дожигание твэлов в условиях минимального потока нейтронов мягкого спектра. Шаровая засыпка твэлов прижата потоком теплоносителя, скорость которого больше скорости уноса к верхнему торцовому отражателю. Для этого на границе активной зоны и свободного объема поддерживают скорость теплоносителя равной скорости уноса твэлов. В свободный объем может вытесняться часть топлива вновь вводимыми твэлами. В этом случае теплоноситель вводят со стороны, противоположной свободному объему, а на границе активной зоны и свободного объема поддерживают скорость теплоносителя равной скорости взвешивания твэлов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к ядерной технике, в частности к ядерным реакторам с шаровыми тепловыделяющими элементами. Цель изобретения - повышение среднего выгорания топлива и срока службы замедлителя. На фиг. 1 и 2 изображены принципиальные схемы вариантов ядерного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами. В первом варианте ядерного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами (фиг. 1) активная зона 1 набрана из шаровых тепловыделяющих элементов 2 и окружена отражателем 3. Регулирующие стержни 4 обеспечивают управление реактором и аварийную защиту. Вход 5 тепловыделяющих элементов расположен в верхней, а выход 6 - в нижней части реактора. Съем тепла осуществляется теплоносителем первого контура, вход которого расположен в нижней, а выход в верхней части реактора. Циркуляция теплоносителя обеспечивается устройством 7. В теплообменнике 8 теплоноситель первого контура отдает тепло потребителю. Под активной зоной 1 со стороны входа теплоносителя выполнен свободный объем 9. Направление течения теплоносителя показано стрелками. В описываемом варианте реактора (фиг. 1) плотность тепловыделяющих элементов больше плотности теплоносителя, скорость которого на границе свободного объема и активной зоны (со стороны свободного объема) равна скорости уноса тепловыделяющих элементов. Шаровой тепловыделяющий элемент представляет собой матрицу с диспергированными в ней частицами топлива в многослойных защитных оболочках, окруженную наружным чехлом, выполненным из графита и снабженным антикоррозийным покрытием. В качестве теплоносителя первого контура может быть использован расплав фтористых солей LiF-BeF2-ZrF4, например (LiF 82 мол.%, BeF2 17,6%, ZrF4 0,4%). Способ эксплуатации реактора осуществляется следующим образом. В стационарном режиме работы реактора тепловыделяющие элементы периодически порциями заменяют на работающем реакторе. При замене вновь вводимые в верхней части активной зоны тепловыделяющие элементы с плотностью больше плотности теплоносителя вытесняют порцию тепловыделяющих элементов 2 в свободный объем 9, расположенный под активной зоной. При прохождении тепловыделяющих элементов 2 через активную зону 1 реализуют выгорание топлива и схем тепла теплоносителем. Теплоноситель вводят в нижнюю часть свободного объема со скоростью меньше скорости уноса тепловыделяющих элементов. На границе активной зоны 1 и свободного объема 9 скорость теплоносителя за счет нагрева достигает скорости уноса тепловыделяющих элементов. Шаровая засыпка активной зоны прижата потоком теплоносителя со скоростью больше скорости уноса к верхнему торцовому отражателю 3. В свободном объеме вытесненная порция тепловыделяющих элементов переходит во взвешенное состояние, при котором производят равномерное дожигание тепловыделяющих элементов в условиях минимального потока нейтронов мягкого спектра. Возможен также вариант использования теплоносителя с плотностью больше, чем плотность тепловыделяющих элементов, например, при использовании расплава с увеличенной концентрацией ZF4 (не показан). В этом случае вход теплоносителя расположен в верхней части свободного объема, под которым находится активная зона, а выход теплоносителя расположен соответственно в нижней части активной зоны. Вход тепловыделяющих элементов расположен в нижней части активной зоны, а выход - в верхней части свободного объема. На границе активной зоны и свободного объема скорость теплоносителя равна скорости уноса тепловыделяющих элементов. Эксплуатация реактора осуществляется аналогично описанному выше. В другом варианте ядерного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами (фиг. 2) активная зона 1 набрана из шаровых тепловыделяющих элементов 2 и окружена отражателем 3. Регулирующие стержни 4 обеспечивают управление реактором и аварийную защиту. Вход 5 тепловыделяющих элементов и теплоносителя расположен в нижней, а выход 6 - в верхней части реактора. Съем тепла осуществляется теплоносителем, циркуляция которого обеспечивается устройством 7. В теплообменнике 8 теплоноситель первого контура отдает тепло потребителю. Над активной зоной со стороны выхода теплоносителя выполнен свободный объем 9. В описываемом варианте реактора (фиг. 2) плотность тепловыделяющих элементов больше плотности теплоносителя, скорость которого на границе активной зоны и свободного объема равна скорости взвешивания тепловыделяющих элементов. Эксплуатация реактора осуществляется следующим образом. Вводимые в нижней части активной зоны тепловыделяющие элементы с плотностью больше плотности теплоносителя вытесняют вновь вводимыми тепловыделяющими элементами часть топлива в свободный объем 9, причем теплоноситель вводят со стороны свободного объема, а на границе активной зоны 1 и свободного объема 9 поддерживают скорость теплоносителя равной скорости уноса тепловыделяющих элементов. При прохождении тепловыделяющих элементов 2 через активную зону 1 реализуют выгорание топлива и съем тепла теплоносителем. Скорость теплоносителя, введенного в нижней части активной зоны, на границе активной зоны и свободного объема достигает за счет нагрева скорости взвешивания тепловыделяющих элементов. В свободном объеме вытесненная порция тепловыделяющих элементов переходит во взвешенное состояние, при котором производят равномерное дожигание тепловыделяющих элементов в условиях минимального потока нейтронов мягкого спектра. Кроме того, возможен вариант использования теплоносителя с плотностью больше, чем плотность тепловыделяющих элементов (не показан). Вход теплоносителя и тепловыделяющих элементов расположен в верхней, а выход - в нижней части реактора. Свободный объем выполнен под активной зоной. На границе активной зоны и свободного объема скорость теплоносителя равна скорости взвешивания тепловыделяющих элементов. Эксплуатация реактора осуществляется аналогично описанному выше. Данное техническое решение позволяет повысить среднее выгорание топлива при равномерном дожигании тепловыделяющих элементов во взвешенном слое в условиях минимального потока нейтронов мягкого спектра. При этом также упрощается переработка выгоревшего топлива. За счет снижения коэффициента неравномерности энерговыделения и температурных напряжений повышается срок службы замедлителя. Кроме того, в варианте реактора, схема которого представлена на фиг. 1, взвешенный слой организуется со стороны входа теплоносителя, что приводит к повышению радиационной стойкости шаровых тепловыделяющих элементов. В этом варианте реактора повышается безопасность эксплуатации за счет изменения конфигурации активной зоны (увеличение высоты взвешенного слоя) при падении скорости теплоносителя. В варианте реактора, схема которого представлена на фиг. 2, взвешенный слой организуется со стороны выхода теплоносителя. В результате уменьшается время реакции активной зоны на возрастание температуры. При повышении температуры увеличивается высота взвешенного слоя тепловыделяющих элементов.
Формула изобретения
1. Способ эксплуатации ядерного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами, заключающийся в том, что тепловыделяющие элементы вводят в активную зону, при прохождении через которую реализуют выгорание топлива и съем тепла теплоносителем, а затем удаляют из нее, отличающийся тем, что, с целью повышения среднего выгорания топлива и срока службы замедлителя, вытесняют тепловыделяющие элементы вновь вводимыми тепловыделяющими элементами в свободный объем больший, чем суммарный объем всех органов регулирования и порции вновь вводимых тепловыделяющих элементов с учетом их пористости, причем на границе активной зоны и свободного объема поддерживают скорость теплоносителя равной скорости уноса в тепловыделяющих элементах. 2. Способ эксплуатации ядерного реактора с шаровыми тепловыделяющими элементами, заключающийся в том, что тепловыделяющие элементы вводят в активную зону, при прохождении через которую реализуют выгорание топлива и съем тепла теплоносителем, отличающийся тем, что, с целью повышения среднего выгорания топлива и срока службы замедлителя, вытесняют вновь вводимые тепловыделяющими элементами часть топлива в свободный объем, причем теплоноситель вводят со стороны противоположной свободному объему, а на границе активной зоны и свободного объема поддерживают скорость теплоносителя равной скорости взвешивания тепловыделяющих элементов.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 04.02.1994
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2002
Извещение опубликовано: 27.12.2002
