Петлевое устройство для реакторных испытаний термоэмиссионных сборок

 

Назначение: для экспериментальных реакторных исследований и испытаний термоэмиссионных сборок, преимущественно многоэлементных. Сущность изобретения: для независимого от мощности реактора регулирования тепловыделения термоэмиссионной сборки и его распределения корпус или система теплосброса петлевого устройства выполнена в виде камеры, заполняемой газообразным или жидким поглотителем нейтронов, например, изотопом гелия-3 или водными растворами солей кадмия. Камера может быть выполнена секционированной и снабжена патрубками для подсоединения к системам заполнения и удаления поглотителя и датчиками контроля концентрации поглотителей. 13 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к термоэмиссионному методу преобразования тепловой энергии в электрическую и реакторной теплофизике и может быть использовано в программе реакторной отработки термоэмиссионных электрогенерирующих сборок (ЭГС).

Основным этапом создания термоэмиссионного реактора-преобразователя являются испытания ЭГС, называемых также электрогенерирующими каналами (ЭГК), в петлевых ячейках исследовательских ядерных реакторов (ЯР). Испытания ЭГС проводятся в специальных петлевых устройствах, называемых часто петлевыми каналами (ПК).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является типичный ПК, в корпусе которого размещена система теплосброса (СТС), выполненная с возможностью установки в ней испытуемой ЭГС. ПК содержит также необходимые для обеспечения испытаний системы подачи рабочего тела (пара цезия), удаления газообразных осколков деления, измерительные и управляющие линии и другие обслуживающие системы.

Однако при испытаниях ЭГС в таком ПК для получения требуемых, энергетических характеристик ЭГК необходимо соответствие нейтронофизических характеристик ЭГС и нейтронной мощности ЯР. Для изменения энергетических характеристик испытуемой ЭГС необходимо изменение нейтронной и, следовательно, тепловой мощности ЯР. Это возможно лишь в случае, когда ЯР служит инструментом только для петлевых испытаний ЭГС. Обычно же в ЯР проводятся испытания или исследования различных устройств, большинство из которых требует максимального уровня мощности ЯР. Это обстоятельство затрудняет проведение испытания ЭГС.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является возможность изменения тепловой мощности испытуемой ЭГС при постоянной мощности ЯР.

Указанный технический результат достигается тем, что в петлевом устройстве для реакторных испытаний термоэмиссионных сборок, содержащим корпус, внутри которого размещена СТС, выполненная с возможностью размещения в ней термоэмиссионной сборки, корпус или СТС выполнены в виде по крайней мере одной камеры, заполняемой газообразным или жидким поглотителем нейтронов. Камера может быть выполнена секционированной, в которой число секций выбрано равным числу элементов испытуемой ЭГС. Границы камер могут быть размещены напротив межэлементных промежутков испытуемой ЭГС. В качестве газообразного поглотителя нейтронов может быть использован изотоп гелий-3 различного давления, а в качестве жидкого водные растворы солей металлов, например кадмия, разной концентрации.

На фиг. 1 представлено петлевое устройство, продольный разрез; на фиг. 2 показаны возможные частные решения.

Петлевое устройство содержит корпус 1, часть которого напротив испытуемой ЭГС 2 выполнена в виде камеры 3, которая снабжена парубками 4 для подвода и отвода поглотителя нейтронов, а также датчиками 5 для измерения давления газообразного поглотителя или концентрации растворенного в жидкости поглотителя нейтронов. Внутри корпуса 1 размещена СТС 6, обеспечивающая отвод непреобразованного тепла термодинамического цикла ЭГК 2 к теплоносителю 7 реактора. Возможен вариант, когда камера с поглотителем нейтронов размещена в СТС 6.

Устройство работает следующим образом.

После установки петлевого устройства с ЭГК 2 в ячейку ЯР камеру 3 в корпусе 1 или в СТС 6 через патрубки 4 заполняют газообразным или жидким поглотителем нейтронов. Концентрацию поглотителя нейтронов выбирают такой, чтобы при требуемой мощности ЯР обеспечить рабочий уровень тепловыделения в ЭГК 2. Требуемый уровень концентрации (давление газообразного поглотителя или содержание растворенного в жидкости поглотителя) контролируется датчиком 5. Если камера 3 выполнена секционированной, то аналогичное заполнение производится в каждой секции 8, причем концентрация поглотителя в каждой секции 8 может быть разной. Это позволяет спрофилировать требуемое распределение тепловыделения вдоль ЭГС 2, а следовательно, и тепловыделение в каждом ЭГЭ 9 независимо от профиля нейтронного потока в ячейке ЯР. В этом случае целесообразно выбрать число секций 8 равным или больше числа ЭГЭ 9 в ЭГК 2, а границы 10 секций 8 расположить напротив межэлементных промежутков 11 между соседними ЭГЭ 9. В целом длина камеры 3 должна быть не менее длины ЭГК 2. При заданной мощности ЯР проводятся петлевые испытания ЭГК 2. Если в процессе испытаний требуется изменить тепловыделение в ЭГК 2 при неизменной мощности ЯР или оставить неизменным тепловыделение в ЭГК 2 при изменении мощности ЯР, производят соответствующее изменение концентрации поглотителей нейтронов в камере 3. Изменение концентрации поглотителей нейтронов в газообразном поглотителе производят путем изменения его давления, а жидкого изменения концентрации растворенного поглотителя, например солей кадмия в воде.

По окончании испытаний поглотители нейтронов удаляются из камеры 3 для очистки, утилизации или повторного использования, а петлевое устройство с ЭГК 2 извлекается из реактора для последующих послереакторных исследований ЭГК 2.

Независимое от мощности ЯР регулирование тепловыделения в испытуемой ЭГС и возможность обеспечения требуемого распределения тепловыделения в отдельных элементах ЭГС повышают качество и представительность испытаний.

Формула изобретения

1. ПЕТЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАКТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЕРМОЭМИССИОННЫХ СБОРОК, содержащее корпус, в котором размещена система теплосброса, выполненная с возможностью размещения в ней термоэмиссионной сборки, отличающееся тем, что часть корпуса для системы теплосброса выполнена в виде по крайней мере одной камеры, заполняемой газообразным или жидким поглотителем нейтронов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что камера размещена напротив испытуемой термоэмиссионной сборки.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что камера снабжена патрубками для подсоединения к системам заполнения и удаления газообразного или жидкого поглотителя нейтронов.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что камера сообщается с датчиками для измерения концентрации поглотителей нейтронов в камере.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что в качестве датчика измерения концентрации газообразного поглотителя нейтронов выбран датчик давления.

6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что камера выполнена секционированной.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что число секций выбрано равным или превышающим число электрогенерирующих элементов термоэмиссионной сборки.

8. Устройство по пп. 6 и 7, отличающееся тем, что границы секций расположены напротив межэлементных промежутков термоэмиссионной сборки.

9. Устройство по пп. 6 8, отличающееся тем, что каждая секция подсоединена к автономной системе заполнения и удаления газообразного или жидкого поглотителя нейтронов.

10. Устройство по пп. 6 9, отличающееся тем, что каждая секция сообщается с датчиками для измерения концентрации поглотителей нейтронов в секции.

11. Устройство по пп. 1 10, отличающееся тем, что длина камеры выбрана не превышающей длину термоэмиссионной сборки.

12. Устройство по пп. 1 11, отличающееся тем, что в качестве газообразного поглотителя нейтронов выбран изотоп гелий-3 или его смесь с другими газами.

13. Устройство по пп. 1 11, отличающееся тем, что в качестве жидкого поглотителя нейтронов выбран раствор соли в растворителе.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что в качестве раствора соли в растворителе выбран раствор соли кадмия в воде.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2