Ядерный реактор с шаровыми тепловыделяющими элементами и жидким теплоносителем
Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования конструкции ядерных реакторов с жидким теплоносителем. Целью изобретения является увеличение энергонапряженности и безопасности реактора. Ядерный реактор содержит активную зону 1, заполненную шаровыми твэлами 2, жидким теплоносителем 3, скорость которого больше скорости уноса для структуры активной зоны 1, и шаровыми модулями 4 замедлителя, которые размещены между твэлами 2. Диаметр модулей 4 выполнен меньшим, чем диаметр сферы, вписанной в элементарную ячейку засыпки твэлов 2. При движении теплоносителя снизу вверх через активную зону плотность твэлов 2 выбирается меньше плотности модулей 4, что обеспечивает направление равнодействующей силы тяжести и архимедовой силы для твэлов 2, противоположное направлению равнодействующей для модулей 4, и совпадает с направлением течения теплоносителя в активной зоне 1. 1 ил.
Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования конструкции ядерных реакторов, в особенности с шаровыми тепловыделяющими элементами. Целью изобретения является повышение энергонапряженности и безопасности ядерного реактора. На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого ядерного реактора. Расплавно-солевой ядерный реактор содержит гомогенную активную зону 1, заполненную шаровыми тепловыделяющими элементами 2, жидким теплоносителем 3 и шаровыми модулями 4 замедлителя, имеющими диаметр меньше диаметра сферы, вписанной в элементарную ячейку шаровой засыпки тепловыделяющих элементов, окруженную графитовым отражателем 5, снабженную перфорированной доской 6 и заключенную в герметичный корпус 7. Часть активной зоны 1, расположенная со стороны входа теплоносителя в активную зону, свободна от шаровых тепловыделяющих элементов и модулей замедлителя и заполнена только жидким теплоносителем. Шаровой тепловыделяющий элемент 2 выполнен в виде матрицы с диспергированными в ней микротвэлами, заключенной в герметичную оболочку. В качестве жидкого теплоносителя 3 используется расплав фтористых солей LiF, NaF, BeF2, ZrF4 или их смеси, а в качестве материала шаровых модулей 4 замедлителя - графит. Поглощающие стержни 8 обеспечивают управление реактором. Корпус 7 и металлические конструкции реактора изготовлены из сплава на никелевой основе ЭК-50, специально разработанного для работы в среде со фтористыми солями. Реактор, теплообменник 9 первого контура и центробежный насос 10 заключены в герметичный реакторный бокс, температура внутри которого поддерживается электронагревателями на уровне выше температуры плавления расплава соли. Это позволяет исключить необходимость установки громоздкой теплоизоляции трубопроводов, предохраняет контур с жидким теплоносителем от замерзания и облегчает ремонт и техническое обслуживание реактора. Вся реакторная установка размещена в герметичном железобетонном здании, выполняющем функцию вторичной противоаварийной оболочки. В контуре 11 жидкого теплоносителя предусмотрены баки для аварийного слива и хранения соли. Эти баки снабжены системой охлаждения и размещены в специальном отсеке. Также предусмотрены система 12 очистки теплоносителя первого контура и система 13 структуры активной зоны, которая осуществляет перегрузку шаровых тепловыделяющих элементов 2 и модулей 4 замедлителя непрерывно в процессе работы реактора и снабжена специальными устройствами и шлюзовыми камерами, обеспечивающими загрузку и выгрузку структуры активной зоны. Предложенная конструкция ядерного реактора работает следующим образом. Жидкий теплоноситель 3 циркулирует по замкнутому контуру 11. Теплоноситель поступает в свободный объем активной зоны 1, расположенный в нижней (см. чертеж) или в верхней части активной зоны, и проходит через шаровую структуру активной зоны, составленную из шаровых тепловыделяющих элементов 2 и шаровых модулей 4 замедлителя, и через перфорированную доску 6 по отводящей магистрали поступает в центробежный насос 10, откуда попадает в теплообменник 9, где охлаждается и поступает в подводящую магистраль. При движении теплоносителя снизу вверх через активную зону (см. чертеж) плотность шаровых тепловыделяющих элементов 2 выбирается меньше плотности расплавно-солевого теплоносителя, которая, в свою очередь, меньше плотности модулей 4 замедлителя, что обеспечивает направление равнодействующей силы тяжести и архимедовой силы для тепловыделяющих элементов, противоположное направлению равнодействующей для модулей замедлителя и совпадающее с направлением течения теплоносителя в активной зоне, скорость которого больше скорости уноса модулей замедлителя. При движении теплоносителя сверху вниз через активную зону плотность шаровых тепловыделяющих элементов 2 должна быть больше плотности теплоносителя 3, которая в свою очередь, больше плотности модулей 4 замедлителя, а скорость теплоносителя больше скорости уноса шаровых модулей. В номинальном режиме работы реактора шаровая структура активной зоны напором теплоносителя прижата к перфорированной доске 6. Часть жидкого теплоносителя постоянно отбирается в систему 12 очистки теплоносителя первого контура, где путем продувки через соль гелия обеспечивается равновесное содержание окислов в расплаве соли. Кроме того, газообразные продукты деления, такие как Хе, Кr очень эффективно выводятся из расплава соли при продувке его гелием. Очищенный теплоноситель поступает в подводящую магистраль контура 11. Шаровые тепловыделяющие элементы по мере выгорания выводятся из активной зоны и поступают в систему 13 замены топлива, откуда попадают в хранилище на переработку. Одновременно из системы 13 в свободный объем активной зоны 1 подаются свежие шаровые тепловыделяющие элементы и та часть шарового замедлителя и теплоносителя, которая до этого попала в систему вместе с выгоревшими тепловыделяющими элементами. Движение шаровых тепловыделяющих элементов происходит по контуру: свободный объем активной зоны - активная зона - система 13. Таким образом осуществляется непрерывная перегрузка шаровых тепловыделяющих элементов в процессе работы реактора. Для регулирования уровня распределения нейтронного потока или энерговыделения в активной зоне реактора в нее вводят поглощающие стержни 8 непосредственно в шаровую засыпку. Под давлением поглощающих стержней часть шаровой засыпки вытесняется в нижнюю часть активной зоны 1, в которой до этого находился только жидкий теплоноситель 3. Данное устройство позволяет повысить безопасность эксплуатации, увеличить энергонапряженность ядерного топлива и срок службы замедлителя в активной зоне, уменьшить объем радиоактивных отходов и упростить процесс переработки топлива.
Формула изобретения
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР С ШАРОВЫМИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И ЖИДКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ, содержащий активную зону, набранную из шаровых тепловыделяющих элементов, и свободный объем, заполненный только теплоносителем и расположенный со стороны входа теплоносителя в активную зону, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергонапряженности и безопасности реактора, между тепловыделяющими элементами размещены шаровые модули замедлителя, имеющие диаметр меньше диаметра сферы, вписанной в элементарную ячейку шаровой засыпки тепловыделяющих элементов, причем равнодействующая сила тяжести и архимедовой силы для тепловыделяющих элементов противоположна направлению равнодействующей для модулей и совпадает с направлением потока теплоносителя в активной зоне, скорость которого больше скорости уноса для структуры активной зоны.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
