Ядерная энергетическая установка

 

Сущность: ядерная энергетическая установка включает ядерный реактор, активная зона которого выполнена с чередованием рядов каналов, установленных параллельно в пределах ряда и в рядах, примыкающих к одному и тому же ряду, расположенных так, что угол между осями каналов смежных рядов в направлении движения теплоносителя составляет от 45^o до 135^o, и по крайней мере две петли контура охлаждения реактора, причем каналы по крайней мере одного из упомянутых рядов расположены горизонтально. Каналы по крайней мере одного ряда, смежного с упомянутым рядом горизонтальных каналов, также расположены горизонтально, причем эти два ряда содержат каналы для топлива, подключенные по теплоносителю соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора. Необходимый контакт топлива аварийных каналов и труб неаварийных каналов обеспечивается в результате пластической деформации труб аварийных каналов и элементов, используемых для дистанционирования твэлов в тепловыделяющих сборках, под тяжестью топлива, размещенного в аварийных каналах. 19 з.п.ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано для повышения безопасности энергетических установок с канальными ядерными реакторами.

Известна ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) с канальным графито-водным реактором, используемым в режиме кипения, и перегревом пара в активной зоне реактора типа АМБ [1] Активная зона реактора выполнена с чередованием рядов испарительных и пароперегревательных каналов, установленных в графитовой кладке традиционным образом: все каналы параллельны и расположены вертикально Испарительные и пароперегревательные каналы связаны через барабан-сепаратор и таким образом образуют единую петлю контура охлаждения реактора.

Преимущество данной ЯЭУ состоит в чередовании рядов испарительных и пароперегревательных каналов в активной зоне в сочетании с оригинальным типом используемых каналов для топлива, Они выполнены так, что с учетом плотной их установки в графитовых блоках обеспечивается малое термическое сопротивление пространства, разделяющего внешние поверхности твэлов пароперегревательных и смежных испарительных каналов независимо от содержания теплоносителя в топливных каналах реактора (твэлы всех топливных каналов имеют трубчатую форму и размещаются в графитовой втулке а теплоноситель заполняет центральные отверстия в твэлах). Указанная особенность реактора позволяет избежать перегрева твэлов пароперегревательных каналов в динамических режимах работы ЯЭУ (особенно в режимах пуска и останова реактора, когда расход пара в пароперегревательных каналах существенно ниже номинального значения) за счет оттока избыточного тепла из них в испарительные каналы.

Включение же испарительных и пароперегревательных каналов в одну и ту же петлю контура охлаждения является недостатком данной ЯЭУ, т.к. не позволяет использовать наличие теплообмена между каналами для отвода тепла из аварийных каналов в неаварийные при осушении одного из указанных типов каналов. Кроме того, наличие межканального замедлителя в реакторе снижает эффективность указанного теплообмена.

Известна ЯЭУ [2] содержащая реактор, в активной зоне которого расположены рядами каналы, охлаждаемые жидкостью, включенные в соответствующую петлю контура охлаждения, а также газоохлаждаемые каналы, включенные в автономный газовый контур, выполненная с чередованием рядов каналов, охлаждаемых жидкостью, и газоохлаждаемых каналов соответственно, которые установлены параллельно в пределах каждого ряда, а также в рядах, примыкающих к одному и тому же ряду. Угол между осями смежных рядов каналов в направлении движения теплоносителя составляет от 45^o до 135^o. Приведен частный случай выполнения активной зоны в форме прямоугольного параллелепипеда, т.е. с упомянутым углом 90^o, причем каналы, охлаждаемые жидкостью, например, водой, расположены горизонтально, а газоохлаждаемые вертикально.

Достоинством данной ЯЭУ является реактор, активная зона которого выполнена с чередованием по направлению смежных рядов параллельных каналов, подключенных соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора. При этом высокая эффективность использования топлива, в частности, за счет возможности применения устройств для перегрузки топлива на ходу, обеспечивается в плотной решетке каналов, зазоры между которыми снижены вплоть до уровня, определяемого технологическими ограничениями: ≈10 мм. Это позволяет обойтись без межканального замедлителя (заполнителя) и таким образом открывает возможность обеспечить отвод тепла в авариях с потерей теплоносителя из аварийных каналов непосредственно в каналы неаварийной петли контура охлаждения реактора. При этом следует учесть, что чередование смежных рядов параллельных каналов по направлению позволяет (по сравнению с традиционным их расположением, когда все каналы установлены параллельно): снизить величину пластической деформации прогиба трубы аварийного канала в сторону неаварийного канала (а, следовательно, уменьшить вероятность ее разгерметизации при этом), необходимой для обеспечения плотного контакта труб аварийного и неаварийного каналов; увеличить количество каналов неаварийной петли контура охлаждения реактора, к которым отводится тепло от осушенного канала; частично транспонировать азимутальную неоднородность в аксиальную при отводе тепла из аварийных каналов в неаварийные с тем, чтобы увеличить допустимые критические тепловые нагрузки в последних.

Указанная ЯЭУ является наиболее близкой к изобретению.

Недостаток данной ЯЭУ, выбранной в качестве прототипа заявленной, состоит в том, что при чередовании по направлению рядов параллельных каналов, образующих активную зону, а также по подключению их к разным петлям контура охлаждения реактора, используется только одно горизонтальное направление каналов, которое чередуется с рядами вертикально расположенных каналов. В этом случае не обеспечивается пассивный механизм ликвидации имеющихся зазоров между поверхностью неаварийных каналов реактора и топливом в аварийных каналах по мере осушения последних.

Технической задачей изобретения является повышение безопасности ЯЭУ за счет охлаждения осушенных каналов аварийных петель путем отвода тепла непосредственно в каналы неаварийных петель контура охлаждения реактора.

Сущность изобретения состоит в том, что в ЯЭУ, включающей ядерный реактор, активная зона которого выполнена с чередованием рядов каналов, установленных параллельно в пределах ряда и в рядах, примыкающих к одному и тому же ряду, расположенных так, что угол между осями каналов смежных рядов в направлении движения теплоносителя составляет от 45^o до 135^o, и по крайней мере две петли контура охлаждения реактора, причем каналы по крайней мере одного из упомянутых рядов расположены горизонтально, указанная цель (повышение безопасности ЯЭУ) обеспечивается за счет того, что каналы по крайней мере одного ряда, смежного с упомянутым рядом горизонтальных каналов, также расположены горизонтально, причем эти два ряда содержат каналы, подключенные по теплоносителю соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора.

Техническая задача, обеспечивающая достижение указанной цели, состоит в том, что необходимый контакт топлива аварийных каналов и труб неаварийных каналов обеспечивается в результате пластической деформации труб аварийных каналов и элементов, используемых для дистанционирования твэлов в тепловыделяющих сборках под тяжестью топлива в аварийных каналах.

Эффективность применения указанного технического решения с указанной целью обусловлена особенностью реактора предлагаемой ЯЭУ, связанной с отсутствием межканального замедлителя, для самогашения цепной ядерной реакции в котором достаточно обезвоживания даже одной из петель контура охлаждения реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ, контур охлаждения которой включает две петли охлаждения, авариях с потерей теплоносителя обеспечивается путем увеличения числа неаварийных каналов в рядах, участвующих в отводе тепла от группы аварийных каналов смежного верхнего ряда за счет того, что горизонтально расположенные каналы для топлива, принадлежащие соответственно упомянутым двум смежным рядам, подключены соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ, контур охлаждения которой включает более двух петель охлаждения, в авариях с потерей теплоносителя обеспечивается за счет того, горизонтально расположенные каналы, оси которых параллельны по крайней мере одному из направлений движения теплоносителя, образуют прямоугольную решетку, причем соседние каналы для топлива из числа этих каналов, принадлежащее одному и тому же ряду, а также каналы для топлива из числа этих каналов, принадлежащие разным рядам, примыкающие к одному и тому же ряду и расположенные напротив друг друга, подключены к разным петлям контура охлаждения реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ путем снижения неравномерности энергораспределения в активной зоне обеспечивается за счет того, что горизонтально расположенные каналы для топлива, принадлежащие к одному и тому же ряду, имеют входные участки, расположенные с одной и той же или с противоположных сторон реактора, а каналы для топлива, принадлежащие разным рядам, примыкающие к одному и тому же ряду и расположенные напротив друг друга, имеют входные участки, расположенные с противоположных сторон реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ обеспечивается путем упорядочения деформации аварийных каналов с топливом в рядах горизонтально расположенных каналов с помощью ограничения бокового смещения их при прогибе в сторону смежного нижерасположенного ряда горизонтально расположенные каналы двух направлений движения теплоносителя, угол между осями каналов смежных рядов в направлениидвижения теплоносителя которых соответствует указанному интервалу его изменения, образуют прямоугольную решетку, а между соседними каналами в рядах горизонтально расположенных каналов установлены вертикально расположенные каналы, образующие решетку или ее отдельные фрагменты.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ обеспечивается путем снижения доли каналов для топлива, подключенных к одной и той же петле контура охлаждения реактора, за счет того, что вертикально расположенные каналы включают по крайней мере один канал для топлива, причем указанный канал и горизонтально расположенные каналы подключены по теплоносителю соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ практически во всех аварийных режимах обеспечивается путем увеличения интенсивности теплоотвода с внешней поверхности аварийных каналов за счет того, что по крайней мере каналы, образующие активную зону реактора, включают по крайней мере один спринклерный канал, имеющий полость, расположенную в его жидкостном тракте, причем указанная полость сообщена с межканальным пространством реактора и подключена через запорную арматуру, снабженную автоматическим приводом, к баку с теплоносителем или жидким поглотителем, а жидкостный тракт включен в контур охлаждения канала. Горизонтальное расположение каналов для топлива, образующих активную зону реактора, существенно увеличивает эффективность применения для их наружного охлаждения предложенных спринклерных каналов.

Следует также отметить, что чередование по направлению рядов параллельных каналов, образующих активную зону, повышает равномерность орошения их внешней поверхности при организации наружного охлаждения реактора с помощью спринклерных каналов.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ обеспечивается путемвведения отрицательной реактивности в реактор при подаче теплоносителя в спринклерный канал за счет того, что она снабжена системой жидкостного регулирования реактора, а активная зона реактора включает по крайней мере один спринклерный канал, который имеет замкнутую полость, подключенную к системе жидкостного регулирования реактора, при этом замкнутая полость, подключенную к системе жидкостного регулирования реактора, при этом замкнутая полость включает полость, которая сообщена с межканальным пространством реактора и через запорную арматуру, снабженную автоматическим приводом, подключена к баку с теплоносителем или жидким поглотителем.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ может быть обеспечено за счет того, что реактор снабжен кожухом, внутри которого расположены на части своей длины каналы, образующие активную зону.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ, реактор которой снабжен кожухом, обеспечивается путем контроля целостности каналов за счет того, что активная зона реактора включает по крайней мере один спринклерный канал, имеющий полость, которая сообщена с межканальным пространством реактора и подключена к газовому тракту, оснащенному по крайней мере одним датчиком контроля параметров газа.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, активная зона которого включает по крайней мере один спектральный канал, имеющий полость, которая сообщена с межканальным пространством реактора и подключена к баку с теплоносителем или жидким поглотителем через запорную арматуру, снабженную автоматическим приводом, путем своевременного автоматического впрыска теплоносителя или жидкого поглотителя в межканальное пространство реактора за счет того, что по крайней мере один канал для топлива на обоих концевых участках снабжен датчиками температуры канала и/или пара в нем, электрически связанными с автоматическим приводом указанной запорной арматуры.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, активная зона которого включает по крайней мере один спринклерный канал, имеющий жидкостный тракт, включенный в контур охлаждения канала, обеспечивается путем снижения всплеска энерговыделения в смежных с ним каналах для топлива в результате снижения содержания теплоносителя в спринклерном канале за счет того, что в жидкостном тракте канала установлен вытеснитель теплоносителя, а до и после него по ходу теплоносителя элементы, обеспечивающие неупругое рассеяние нейтронов жесткой части действующего спектра.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реакторов, активная зона которого включает по крайней мере один спринклерный канал, имеющий жидкостный тракт, включенный в контур охлаждения канала, обеспечивается путем введения отрицательной реактивности в реактор при подаче теплоносителя в спринклерный канал за счет того, что поглощающий нейтроны элемент с вытеснителем теплоносителя, размещенным до и/или после указанного элемента по ходу теплоносителя, установлены в жидкостном тракте канала.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ, снабженной системой жидкостного регулирования, с реактором, активная зона которого включает по крайней мере один спринклерный канал, имеющий жидкостный тракт, включенный в контур охлаждения канала, обеспечивается путем введения отрицательной реактивности в реактор при подаче теплоносителя в спринклерный канал за счет того, что он имеет по крайней мере одну изолированную полость, которая расположена в жидкостном тракте канала и подключена к системе жидкостного регулирования реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, снабженным кожухом, обеспечивается путем увеличения эффективности теплоотвода с внешней поверхности аварийных каналов за счет того, что межканальное пространство реактора включено в дополнительный контурего охлаждения, выполненный с газом в качестве теплоносителя.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, снабженным кожухом, обеспечивается путем подпитки в аварийных режимах бака с запасом теплоносителя или жидкого поглотителя для внешнего охлаждения аварийных каналов за счет того, что в газовый контур, в который включено межканальное пространство реактора, включен конденсатор этого контура, причем конденсатный тракт конденсатора подключен к баку с теплоносителем иди жидким поглотителем, подключенным, в свою очередь, к полости спринклерного канала, которая сообщена с межканальным пространством реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, снабженным кожухом, путем предотвращения межкристаллитной коррозии каналов для топлива, может быть обеспечено за счет того, что по крайней мере один канал, не включенный в контур охлаждения реактора, имеет участки, расположенные в пределах кожуха реактора, оснащенные прокладками, установленными на внешней поверхности канала в местах, наиболее приближенных в условиях номинального режима работа к внешней поверхности смежных каналов, включенных в контур охлаждения реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, снабженным кожухом, путем увеличения эффективности теплоотвода от него в номинальном и аварийных режимах ее работы, может быть обеспечено за счет того, что стенка кожуха реактора выполнена по крайней мере с одной полостью, заполненной элементами, обеспечивающими неупругое рассеяние нейтронов жесткой части действующего спектра, например, выполненными из стали, и включенной в контур охлаждения кожуха реактора.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, снабженным охлаждаемым кожухом, путем предотвращения межкристаллитной коррозии каналов для топлива, может быть обеспечено за счет того,что по крайней мере один канал из числа каналов, включенных в контур охлаждения реактора, смежный со стенкой кожуха, имеет по крайней мере один участок из числа наиболее приближенных к внутренней поверхности кожуха реактора, между которым и кожухом установлена прокладка.

Дополнительное повышение безопасности ЯЭУ с реактором, снабженным кожухом, может быть обеспечено за счет того, что стенка кожуха реактора снабжена датчиком температуры, электрически связанным с автоматическим приводом запорной арматуры, установленной на линии подачи теплоносителя или жидкого поглотителя из соответствующего бака в полость спринклерных каналов, которая сообщена с межканальным пространством реактора.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена схема 1-го контура охлаждения реактора с тремя направлениями каналов ϕ=90°, два из которых включают каналы для топлива, расположены горизонтально и порядно чередуются по подключению к разным петлям контура охлаждения реактора так, что входные участки соседних каналов в рядах расположены с одной и той же стороны реактора.

На фиг. 2 приведена схема 1-го контура охлаждения реактора с тремя направлениями каналов (ϕ=90°), два из которых включают каналы для топлива, расположены горизонтально и порядно чередуются по подключению к разным петлям контура охлаждения реактора так, что входные участки соседних каналов в рядах расположены противоположных сторон реактора.

На фиг. 3 схема 1-го контура охлаждения реактора с тремя направлениями каналов ϕ=90°, два из которых включают каналы для топлива, расположены горизонтально и поканально чередуются в рядах по подключению к разным петлям контура охлаждения реактора так, что входные участки соседних каналов в рядах расположены с противоположных сторон реактора.

На фиг. 4 схема 1-го контура охлаждения реактора с тремя направлениями каналов ϕ=90°, два из которых включают каналы для топлива, расположены горизонтально и поканально чередуются в рядах по подключению к разным петлям контура охлаждения реактора так, что входные участки соседних каналов в рядах расположены с одной и той же стороны реактора.

На фиг.5 схема реактора, оснащенного кожухом, с тремя направлениями каналов ϕ=90° два из которых расположены горизонтально и содержат каналы для топлива.

На фиг.6 схема подключения чередующихся по трем направления каналов для топлива, образующих активную зону, к соответствующим петлям контура охлаждения и спринклерных каналов с различными дополнительными функциями к соответствующим контурам охлаждения, а также межканального пространства к дополнительному контуру охлаждения реактора, выполненному с газом в качестве теплоносителя.

На фиг.7 схема компоновки реакторной части предлагаемой ЯЭУ.

На фиг. 8 схема узла крепления и герметизации нижних концевых участков вертикально ориентированных каналов относительно внешней поверхности нижней торцевой грани кожуха реактора.

На фиг.9 схема характера деформации центрального участка канала для топлива по одному из направлений горизонтально расположенных каналов при аварии с потерей теплоносителя в соответствующей петле контура охлаждения реактора при условии сброса давления в ней до момента, соответствующего пластической деформации канала.

На фиг.10 поперечное сечение спринклерного канала, выполненного без самостоятельного контура охлаждения, и подключенного к системе жидкостного регулирования реактора.

На фиг.11 поперечное сечение спринклерного канала, жидкостный тракт которого включен в контур его охлаждения и имеет полость,подключенную к системе жидкостного регулирования реактора.

На фиг.12 поперечное сечение спринклерного канала, жидкостный тракт которого включен в контур охлаждения канала, а в жидкостном тракте расположен поглощающий элемент, после которого по ходу теплоносителя установлен вытеснитель последнего.

ЯЭУ (фиг.1 7, 9) включает ядерный реактор 1, активная зона которого выполнена с чередованием рядов 2, 3, 4, 5 каналов, установленных параллельно в пределах ряда, например, 3 и в рядах, например, 2 и 4, примыкающих к одному и тому же ряду 3 так, что угол ϕ между осями каналов, соответственно 6 и 7, смежных рядов, соответственно, 3 и 2 в направлении движения теплоносителя составляет от 45^o до 135^o, а также по крайней мере две петли 8 и 9 контура охлаждения реактора 1. На фиг.1 6,7, 9 угол v составляет 90^o, т.е. приведен частный случай реактора 1 в форме прямоугольного параллелепипеда.

Каналы по крайней мере одного из упомянутых рядов, например, 2, расположены горизонтально. Кроме того, каналы по крайней мере еще одного ряда 3, смежного с рядом 2, также расположены горизонтально, причем эти два ряда, соответственно, 2 и 3 содержат каналы для топлива, соответственно, 7 и 6, подключенные по теплоносителю к разным петлям, соответственно, 8 и 9 контура охлаждения 10 реактора 1.

Если контур охлаждения 10 реактора 1 включает две петли охлаждения 8 и 9 (см. фиг.1, 2, 9), то горизонтально расположенные каналы для топлива, принадлежащие смежным рядам, соответственно, 2 и 3, могут быть подключены к разным петлям охлаждения, соответственно, 8 и 9 с целью дополнительного повышения безопасности ЯЭУ.

Если контур охлаждения 10 реактора 1 включает большое чем две петли охлаждения, например, четыре и среди них петли 8 и 9, агоризонтально расположенные каналы одного из направлений в активной зоне образуют прямоугольные решетки, то каналы 7 и 11 для топлива этого направления, принадлежащие одному и тому же ряду 2, а также каналы 7 и 12 для топлива этого направления, принадлежащие разным рядам, соответственно, 2 и 4, примыкающие к одному и тому же ряду 3, могут быть подключены к разным петлям охлаждения, соответственно, 8 и 9 с целью дополнительного повышения безопасности ЯЭУ (см.фиг.5).

Если горизонтально расположенные каналы двух направлений движения теплоносителя в активной зоне, угол v между которыми соответствует указанному выше интервалу его изменения, образуют прямоугольные решетки (см. фиг.1 7, 9), то между соседними каналами в рядах горизонтально расположенных каналов могут быть установлены вертикально расположенные каналы, например, 13, 14, образующие решетку или ее отдельные фрагменты.

Если вертикально расположенные каналы включаю по крайней мере один канал 13 для топлива (см.фиг.6), то указанный канал и горизонтально расположенные каналы, например, 6 и 7, могут быть подключены по теплоносителю к разным петлям, соответственно 15, 9, 8 контура охлаждения 10 реактора 1.

Если горизонтально расположенные каналы для топлива двух отличающихся направлений в активной зоне образуют прямоугольные решетки (см.фиг.5, 9), то горизонтально расположенные каналы любого из указанных направлений, например, 7 и 11, принадлежащие к одному и тому же ряду 2, могут иметь входные участки 16, расположенные с одной и той же стороны (см.фиг. 1,4) или с противоположных сторон (см. фиг.2, 3) реактора 1, а каналы для топлива 7 и 12 этого же направления, принадлежащие разным рядам, соответственно 2 и 4, примыкающие к одному и тому же ряду 3 и расположенные напротив друг друга, могут иметь входные участки 16, расположенные с противоположных сторон реактора 1 с целью дополнительного повышения безопасности ЯЭУ за счет увеличения равномерности энергораспределения в активной зоне.

Если активная зона реактора 1 выполнена с чередованием рядов параллельных каналов, отличающихся по направлению осей (см.фиг.5 7), то он может быть снабжен кожухом 17, внутри которого расположены на части свой длины каналы, образующие зону.

Если реактор 1 выполнен указанным образом (см.фиг.5 -7, 9), то по крайней мере активная зонах может включать кроме каналов для топлива по крайней мере один спринклерный канал, например 14 (для наружного охлаждения каналов реактора), имеющий жидкостный тракт 20, который включен в контур 21 охлаждения канала 14 и имеет по крайней мере одну полость 22, которая сообщена с межканальным пространством 18 реактора 1 и подключена через запорную или запорно-регулирующую арматуру 230, снабженную автоматическим приводом, к баку 24 с теплоносителем или жидким поглотителем с целью повышения безопасности ЯЭУ практически во всех аварийных режимах.

Вариант выполнения спринклерных каналов приведен на фиг.9, где полости 22 и межканальное пространство 18 реактора 1 сообщены между собой с помощью втулок 25, плотно установленных в рядах соосных отверстий фасонный трубы 26 спринклерного канала и трубок 27, ограничивающих полости 22, размещенных внутри фасонной трубы 26. Пространство внутри трубы 26, ограниченное поверхностью трубок 27, образует жидкостный тракт 20 спринклерного канала, например, 14.

Если спринклерный канал выполнен указанным выше образом, то в зависимости от дополнительных функций, налагаемых на него, в его жидкостном тракте 20 могут быть установлены: поглощающий нейтроны элемент 28 с вытеснителем теплоносителя 29, расположенным до и/или после поглощающего элемента 28 по ходу теплоносителя (см.поз14 фиг.7, 9, 12), либо вытеснитель теплоносителя 29, а до и после него элементы 30, обеспечивающие эффективное рассеяние нейтронов жесткой части действующего спектра (см.поз.31 фиг.9).

В первом случае спринклерный канал одновременно выполняет функцию канала системы управления и защиты реактора, а во втором канала радиационной защиты.

Спринклерный канал 32 может выполнять функцию канала системы управления и защиты реактора (см.фиг.9, 11), если ЯЭУ оснащена системой 33 жидкостного регулирования реактора, а вместо поглощающего элемента 28 с вытеснителем 29 теплоносителя в его жидкостном тракте 20 размещена замкнутая полость 34, подключенная к системе 33 жидкостного регулирования реактора 1.

Спринклерные каналы 14, 32, 31 с учетом различных дополнительных функций, которые на них налагаются, т.е. функций: каналов системы управления и защиты реактора, каналов радиационной защиты (см.фиг.6), а также каналов для измерения потока нейтронов, могут быть подключены к различным контурам охлаждения со своими напорными и сборными коллекторами, соответственно 35 и 36, насосами 37 и теплообменниками 38. В последних контурная вода охлаждается с помощью технической воды.

Вытеснители 29 теплоносителя, используемые в спринклерных каналах 14, 31, могут быть выполнены в виде трубы с герметично установленными торцевыми заглушками, заполненной блочками, например, из графита (см.фиг.9), или в виде двух вложенных соосно труб, пространство между которыми заполнено втулками из графита и герметизировано.

Если ЯЭУ оснащена системой жидкостного регулирования 33 реактора 1, то спринклерный канал 39 может быть выполнен без жидкостноготракта и, соответственно, контура охлаждения канала (см. фиг.6, 9, 10) за счет того, что он имеет замкнутую полость 40, подключенную к системе 33 жидкостного регулирования реактора, оснащенной контуром охлаждения, причем замкнутая полость 40 включает полость 22, которая сообщена с межканальным пространством 18 реактора 1 и подключена с помощью запорной арматуры 23, снабженной автоматическим приводом, к баку 24 с теплоносителем или жидким поглотителем.

Если ЯЭУ с реактором 1, активная зона которого включает по крайней мере один спринклерный канал, имеющий полость 22, которая сообщена с межканальным пространством 18 реактора 1 и через запорную арматуру 23, снабженную автоматическим приводом, подключена к баку 24 с теплоносителем или жидким поглотителем (см.фиг.6), то по крайней мере один канал для топлива на его концевых участках 41 может быть снабжен датчиками температуры 42, электрически связанными с автоматическим приводом указанной запорной арматуры 23.

Если реактор 1 предлагаемой ЯЭУ оснащен кожухом 17, а межканальное пространство 18 включено в контур 19, выполненный с газом в качестве теплоносителя (см.фиг.6,7), то в указанный контур 19, выполненный с газом в качестве теплоносителя (см.фиг.6, 7), то в указанный контур 19 может быть включен своим конденсатным трактом 43 конденсатор 44 этого контура 19, причем конденсатный тракт 43 конденсатора 44 подключен к баку 24 с теплоносителем или жидким поглотителем (установленному, например, ниже конденсатора 44), подключенному в свою очередь, к полости 22 спринклерного канала, которая сообщена с межканальным пространством 18 реактора 1.

Если реактор 1 оснащен кожухом 17, то нижние части полостей 22 спринклерных каналов через отводящие импульсные линии могут быть подключены к сборному коллектору 45, который через конденсатор 46 и газодувку 47, включенные последовательно, соединен с раздаточным коллектором 48, подключенным в свою очередь к верхним частям полостей 22. Перечисленные элементы, связывающие верхние и нижние участки полостей 22 спринклерных каналов, образуют газовый тракт 49, оснащенный по крайней мере одним датчиком 50 контроля параметров газа, например, его температуры, влажности (см.фиг.6).

Если реактор 1 оснащен кожухом 17, то по крайней мере один канал, не включенный в контур охлаждения реактора 1 (например, любой из спринклерных каналов), может иметь участки, расположенные в пределах кожуха 17 реактора 1, оснащенные прокладками 51, установленными на внешней поверхности канала (см. фиг. 9) в местах, наиболее приближенных в условиях номинального режима работы ЯЭУ к внешней поверхности смежных каналов, включенных в контур охлаждения 10 реактора 1 (например, каналов для топлива).

Если реактор 1 оснащен кожухом 17 (см.фиг.5, 7, 9), то стенка кожуха 17 реактора 1 может быть выполнена по крайней мере с одной полостью 52, заполненной элементами 53, обеспечивающими неупругое рассеяние нейтронов действующего спектра, например, из стали и включенной в контур охлаждения 54 кожуха 17 реактора 1. Контур 54, так же как контур охлаждения спринклерных каналов, оснащен насосами 37 и теплообменниками 38.

Если реактор 1 оснащен охлаждаемым кожухом 17, то по крайней мере один канал из числа каналов, включенных в контур охлаждения реактора 1, смежный со стенкой кожуха 17, например, канал для топлива, может иметь по крайней мере один участок 55 из числа наиболее приближенных к внутренней поверхности кожуха 17 реактора 1 в номинальном режиме работы ЯЭУ, между которым и кожухом 17 реактора 1 установлена прокладка 51.

Если реактор снабжен кожухом 17, оснащен спринклерным каналом, имеющим полость 22, которая сообщена с межканальным пространством 18 реактора 1 и подключена к баку 24 с теплоносителем или жидким поглотителем (см.фиг.6), то стенка кожуха 17 реактора 1 может быть снабжена датчиком 56 температуры, электрически связанным с автоматическим приводом запорной арматуры 23, установленной на линии подачи указанных хладагентов из бака 24 в полость 22.

На фиг. 1 4 приведены схемы различных вариантов включения горизонтально расположенных каналов для топлива, принадлежащих смежным рядом, с учетом относительного расположения входных участков 41 соседних каналов, принадлежащих одному и тому же ряду, в соответствующие петли 8 и 9 первого контура 10 двухконтурной ЯЭУ. Каждая петля контура охлаждения 10 реактора 1 имеет циркуляционные насосы (ГЦН) 57, напорные и сборные коллекторы соответственно 58 и 59. Между сборным коллектором 59 и всасывающим патрубком ГЦН 57 включен жидкостный тракт парогенератора 60. К одному из сборных коллекторов 59 в каждой петле подключен компенсатор объема 61. Входные и выходные концевые участки 41 каналов для топлива подключены соответственно к напорному коллектору 58 через групповые раздаточные коллекторы 62 и к сборному коллектору 59 с помощью групповых сборных коллекторов 63. Второй контур охлаждения реактора 1, обеспечивающий турбину насыщенным паром, выполнен традиционно и поэтому на фиг.1 4 представлен только точками 64 его подключения к испарительному тракту парогенератора 60.

Пример конкретного выполнения ЯЭУ.

Канал для топлива (см.фиг.7, 9), например 7 в сборе включает центральный участок 65, размещенный в активной зоне реактора 1, к концам которого пристыкованы плотно концевые патрубки (образующие концевые участки 41), оснащенные сильфонными уплотнителями 66, крепежно-пружинящими устройствами 67, фланцами 68 для подключения подводящих и отводящих коммуникаций соответственно 69 и 70, а также запорными пробками.

Металлоконструкция (см.фиг.5, 7, 9), образующая кожух 17 реактора 1, выполнена в виде двух вложенных соосно каркасных элементов 71 в форме прямоугольных параллелепипедов. Грани каркасных элементов 71 имеют ряды соосных отверстий, соответствующих по расположению чередующимся рядам параллельных каналов по трем направлениям осей каналов в рядах: два горизонтальных (угол v между осями каналов смежных рядов составляет 90^o) и одного вертикального.

В указанные отверстия между каркасными элементами кожуха 17 плотно установлены трубы-тракты 72, используемые при размещении каналов реактора 1. Пространство между трубами-трактами 72 и стенками каркасных элементов 71 образует полость 52, которая заполнена стальными элементами 53 (например, в форме шара) и включена в контур охлаждения 54 кожуха 17 реактора 1. Кожух 17 реактора 1 служит биологический защитой и одновременно отражателем нейтронов реактора.

В решетках труб-трактов 72 противоположных боковых граней кожуха 17 реактора 1, так, чтобы центральные участки 65 каналов с размещенными в них тепловыделяющими сборками (ТВС) 73 расположились в пределах активной зоны, установлены каналы для топлива, подключенные к контуру охлаждения 10 реактора 1. С помощью сильфонных уплотнителей 66 и опорно-пружинящих устройство 67, которыми оснащены концевые участки 41, каналы крепятся, а межканальное пространство 18 уплотняется со стороны внешней поверхности боковых граней кожуха 17 реактора 1. В каналах для топлива до и после тепловыделяющих сборок 73 по ходу теплоносителя установлены стальные защитные пробки 74. Оконечники 75 концевых участков 41 каналов для топлива служат для подключения перегрузочных машин 76. В нишах, образованных наружной боковой поверхностью кожуха 17 реактора 1 и соседними рядами концевых участков 41 горизонтально расположенных каналов по обоим направлениям осей, размещены подводящие и отводящие коммуникации соответственно 69 и 70 каналов соответствующей петли контура охлаждения 10 реактора 1. Горизонтально расположенные каналы для топлива, принадлежащие соответственно двум смежным рядам, например, 2 и 3, и отличающиеся по направлению движения теплоносителя в каналах ϕ=90°, подключены к разным петлям соответственно 8 и 9 контура охлаждения 10 реактора 1 (см.фиг.2).

Каналы каждого из трех чередующихся направлений осей образуют прямоугольную решетку, причем соседние горизонтально расположенные каналы, например, 7 и 11 для топлива, принадлежащие к одному и тому же ряду 2, а также каналы 7 и 12, принадлежащие к разным рядам соответственно 2 и 4, но примыкающие к одному и тому же ряду 3 и расположенные напротив друг друга для каждого из указанных направлений горизонтальных каналов, имеют входные участки 16, расположенные с противоположных сторон реактора 1 (см.фиг.2, 5).

Для наглядности во всех представленных вариантах схем подключения горизонтально ориентированных каналов для топлива в петлях контура охлаждения реактора (см. фиг.1 4) используются групповые раздаточные и сборные коллекторы, соответственно 62 и 63. В действительности указанные варианты могут быть реализованы без них, т.е. в рамках применения только напорных и сборных коллекторов соответственно 58 и 59, что и представлено на фиг.6, 7.

В решетках труб-трактов 72 торцевых граней кожуха 17 реактора 1 установлены вертикально ориентированные каналы, среди которых отсутствуют каналы для топлива, а вместо них размещены спринклерные каналы с рядом дополнительных функций: каналов системы управления и защиты 14, 32, 39, каналов радиационной защиты 31 с вытеснителем теплоносителя 29 в средней части и стальными элементами 30 в концевых участках канала, каналов системы контроля энергораспределения в активной зоне. С внешней стороны активную зону обрамляют спринклерные каналы 77, в средней части которых вместо вытеснителя теплоносителя 29 могут быть также установлены стальные элементы 30.

Кожух 17 реактора 1 своими горизонтальными ребрами плотно установлен внутри железобетонной шахты 78, которая имеет сквозные проемы 79 в боковых гранях в зоне расположения каналов для топлива, выступающих из труб-трактов 72 боковых граней кожуха 17 реактора 1.

Верхняя часть шахты 78 выше расположения верхнего перекрытия 80 и ее основание 81 имеют сквозные проемы соответственно 82 и 83, выполненные в зоне вертикальных ребер, и используемые для подведения коммуникаций контуров охлаждения, например, 21, и системы жидкостного регулирования 33 реактора 1 к вертикально ориентированным каналам.

Напротив проемов 79 в боковых гранях шахты 78 к ее внешней поверхности примыкает своими торцевыми гранями стальная выгородка 84, боковые грани которой параллельны соответствующим граням кожуха 17 реактора 1 и имеют решетку труб-трактов 72 боковых граней кожуха 17 реактора 1. Указанные отверстия служат для подключения перегрузочных патрубков соответствующих машин 76, установленных с внешней стороны выгородки 84, к оконечникам 75 концевых участков 41 каналов для топлива. Участки 86 выгородки 84 в зоне ее вертикальных ребер выполнены вогнутыми на всю ее высоту, образуя таким образом пространство, в котором расположены подъемные участки контуров охлаждения, например, 21 вертикально ориентированных каналов. Выгородка 84, а через нее и кожух 17 реактора 1, а следовательно к межканальное пространство 18 реактора 1, включены в газовый контур охлаждения 19 реактора 1, который через паросбросные клапаны 87 и дренажные устройства подключен к системе локализации аварий.

Кожух 17 реактора 1 тоже оснащен паросбросными и дренажными устройствами 88, а также устройствами с разрывными мембранами 89 для отвода воды и сброса пары в объем выгородки 84.

При стильном повышении давления в кожухе 17 в аварийных режимах роль разрывных мембран 89 выполняют также сильфонные уплотнители 66 каналов для топлива.

В отличие от каналов для топлива, вертикально ориентированные каналы могут быть неразъемными, причем их верхние и нижние концевые участки соответственно 90 и 91 могут быть изготовлены из нержавеющей стали, а средняя часть 92 из сплава на основе циркония или алюминия. Указанные каналы размещаются в соосных трубах-трактах 72 торцевых граней кожуха 17 реактора 1 так, чтобы средняя часть 92 канала располагалась в пределах активной зоны, а сильфонные компенсаторы 93, установленные на внешней поверхности верхних концевых участков 90 каналов, погрузились до упора в расширенную часть труб-трактов 72 верхней торцевой грани кожуха 17 реактора 1.

Головки 94 вертикально ориентированных т. е. спринклерных каналов, предназначенные для подключения систем стержневого или жидкостного регулирования реактора, а также для подвода теплоносителя, неподвижно закреплены в трубах-трактах 95 верхнего перекрытия 80 шахты 78, решетка которых точно повторят решетку труб-трактов 72 торцевых граней кожуха 17 реактора 1 (см.фиг. 7).

Головки 94 каналов 14, 31 позволяют произвести замену на остановленном реакторе 1 установленных в указанных каналах элементов 28, 29, 30.

Все вертикально ориентированные каналы (см.фиг.9) оснащены кольцевыми прокладками 51, расположенными на их внешней поверхности в местах, наиболее приближенных в условиях номинального режима работы реактора 1 к внешней поверхности чередующихся по направлению смежных горизонтально ориентированных каналов для топлива, т.е. установленных с шагом _d+σ где d диаметр канала для топлива, а s зазор между ними.

Горизонтально ориентированные каналы, включенные в контур охлаждения 10 реактора 1 и примыкающие к торцевым граням охлаждаемого кожуха 17 реактора 1, также могут быть оснащены кольцевыми прокладками 51.

Полом зала, в котором установлены сервоприводы 96 системы управления и защиты реактора 1 (см.фиг.7), служит плитный настил 97, который обеспечивает доступ к головкам 94 каналов и трубопроводам подводящих коммуникаций 98 вертикально ориентированных каналов, расположенных между плитным настилом 97 и верхним перекрытием 80 шахты 78 реактора 1. Трубопроводы подводящих коммуникаций 98 подключены к соответствующим контурам охлаждения вертикально ориентированных каналов сквозь проемы 82 в углах граней верхней части шахты 78 реактора 1.

Для фиксации и уплотнения нижнего концевого участка 91 вертикально ориентированного канала в трубе-тракте нижней грани кожуха 17 реактора 1 могут быть применены сильфонные уплотнители 99 и опорно-пружинящие устройства 100 (см.фиг.7, 8), которые, в отличие от аналогичных элементов соответственно 66 и 67, используемых применительно к горизонтально ориентированным каналам для топлива, выполнены схемными относительно канала в сборе, установленного в реакторе с возможностью фиксации корпуса опорно-пружинящего устройства 100 на нижнем концевом участке 91 канала. Необходимая герметичность зазора между сильфонным уплотнителем 99 и нижним концевым участком 91 канала может быть обеспечена в этом случае за счет оснащения последнего кольцевым упорным элементом 101 (см.фиг.8), который размещается перед сильфонным уплотнителем 99 со стороны нижней грани кожуха 17 реактора 1.

Нижние концевые участки 91 вертикально ориентированных каналов (см.фиг. 7) заканчиваются прикрепленными к ним фланцами102, к которым через сквозные проемы 83 в углах граней основания 81 шахты 78 подведены трубопроводы отводящих коммуникаций 103 соответствующих контуров охлаждения указанных каналов.

В предлагаемой ЯЭУ, наряду с системой наружного аварийного охлаждения каналов реактора САОР(Н) низкого давления, обеспечивающей орошение внешней поверхности каналов с помощью спринклерных каналов теплоносителем, подаваемым самотеком из бака 24, используется традиционная аварийная система охлаждения реактора САОР(В), обеспечивающая подачу теплоносителя под давлением в каналы для топлива. На фиг.1 4 система САОР(В) представлена только участками трубопроводов 104, обеспечивающих подключение ее гидроаккумуляторов к напорным и сборным коллекторам соответственно 58 и 59 в петлях 8 и 9 контура охлаждения 10 реактора 1 через обратные клапаны 105.

Для аварийного снижения давления в петлях 8 и 9 контура охлаждения 1, предусмотрены клапаны 106, установленные в верхней части соответствующих компенсаторов объема 61.

При работе ЯЭУ по фиг.1 4 жидкость, например, вода в петлях первого контура охлаждения реактора из напорного коллектора 58 подается с помощью ГЦН 57 в раздаточный групповой коллектор 62 и далее распределяется по соответствующим горизонтально расположенным каналам, например, 7, где нагревается до состояния с недогревом до насыщения, чтобы предотвратить объемное кипение в активной зоне, в связи с чем используются компенсаторы объема 61. Нагретая вода из каналов для топлива поступает в сборный групповой коллектор 63 и далее через сборный коллектор 59 в жидкостный тракт парогенератора 60, где охлаждается и возвращается на вход ГЦН 57.

В случае отсутствия групповых раздаточных и сборных коллекторов соответственно 62 и 63, в петлях 8 и 9 контура охлаждения 10 их роль выполняют напорные и сборные коллекторы соответственно 58 и 59 (см.фиг.6, 7).

Во втором контуре питательная вода подается в испарительный тракт парогенератора 60, где испаряется, сепарируется и в виде насыщенного пара поступает на турбину.

При разгерметизации контура охлаждения 10 в реакторе 1, например, одной из петель 8 или 9, по сигналу от датчиков давления, расположенных в контролируемых помещениях контура охлаждения 10 реактора 1 и в кожухе 17 реактора 1, регистрирующих превышение этого параметра над его установленным значением, срабатывает аварийная защита (АЗ) реактора 1, обеспечивающая введение поглощающих элементов и жидкого поглотителя в активную зону с помощью спринклерных каналов 14 и 32, 39, подключенных соответственно к системам стержневого и жидкостного регулирования реактора 1.

В результате мощность реактора 1 быстро снижается до уровня остаточного тепловыделения, составляющего ≈6% от номинального значения.

При снижении давления в аварийной петле контура охлаждения 10 до уровня, составляющего менее 50% от его номинального значения, открываются обратные клапаны 105, т.е. срабатывает аварийная система охлаждения реактора, работающая под давлением САОР(В) и обеспечивающая подачу теплоносителя из гидроаккумулятора в напорные и сборные коллекторы соответственно 58 и 59 аварийной петли контура охлаждения 10 реактора 1 с целью обеспечить отвод остаточного тепловыделения из его аварийных каналов.

Если по каким-либо причинам указанная система внутреннего охлаждения каналов не срабатывает или срабатывает, но каналы аварийных петель продолжают осушаться, то в любом из двух случаев: при существенном повышении температуры концевых участков 41 каналов для топлива над температурой насыщения теплоносителя, соответствующейноминальному давлению в контуре (из-за перегрева пара), регистрируемом с помощью датчиков температуры 42, или при сильном снижении содержания теплоносителя в аварийных петлях контура охлаждения 10 реактора 1, характеризуемом сильным снижением уровня в компенсаторах объема 61, последовавшем после повышения давления в кожухе 17 реактора, регистрируемого с помощью соответствующих датчиков давления, включается система наружного охлаждения САОР(Н) каналов реактора. При этом автоматически открывается запорная арматура 23 на линии подачи теплоносителя или жидкого поглотителя из бака 24 в полость 22 спринклерных каналов 14, 31, 32, 39 и далее в межканальное пространство 18 реактора 1. Одновременно подается сигнал на автоматический сброс давления в аварийных петлях контура охлаждения 10, например, с помощью клапанов 106, установленных в верхней части соответствующих компенсаторов объема 61.

Из-за большого по абсолютной величине и отрицательного по знаку эффекта реактивности при осушении реактора предлагаемой ЯЭУ, обезвоживание даже одной из петель 8 или 9 контура охлаждения 10 реактора 1 вызывает быстрое самогашение цепной ядерной реакции и соответственно снижение мощности до уровня остаточного тепловыделения, независимо от эффективности срабатывания защит, используемых для останова реактора 1.

С учетом указанного снижения мощности, срабатывание системы наружного охлаждения САОР(Н) реактора 1 с подачей теплоносителя самотеком, (т.е. с напором ≈ 2 атм) и расходом ≈0,25 т/час в расчете на 1 Мвт (э) установленной мощности ЯЭУ, при негерметичности одной из двух петель охлаждения достаточно, чтобы не допустить существенной деформации и разгерметизации аварийных каналов и плавления топлива в них.

Часть тепла, снимаемого за счет испарения теплоносителя, подаваемого из бака 24 для внешнего орошения каналов с топливом,может отводится с помощью конденсатора 44 газового контура 19. При этом конденсат (см.фиг.6) возвращается в бак 24 самотеком из конденсатного тракта 43 конденсатора 44. Часть тепла, снимаемого при орошении каналов с топливом, отводится ив контуры охлаждения каналов, не содержащих топлива, т.е. спринклерных каналов 14, 31, 32 в результате конденсации пара на их поверхностях, номинальная температура в которых ниже 100^oС.

Кожух 17 одновременно выполняет функцию отражателя нейтронов, поэтому его обезвоживание сопровождается самогашением цепной ядерной реакции в реакторе 1. Однако если температура кожуха 17 при этом все-таки превысит установленное значение, то по сигналу от датчика температуры 56 кожуха 17 автоматически открывается запорная арматура 23 на линии подачи теплоносителя в спринклерные каналы и далее в межканальное пространство 18 реактора 1, т.е. срабатывает САОР(Н), что обеспечивает аварийное охлаждение кожуха 17 реактора 1.

При разгерметизации каналов реактора в пределах объема кожуха и/или при срабатывании системы наружного охлаждения САОР(Н), вода и пар из кожуха 17 отводятся соответственно с помощью дренажных и паросбросных устройств 88 в выгородку 84 (см.фиг.7). При повышении давления в кожухе 17 сверх установленного значения срабатывают разрывные мембранные устройства 89 и дополнительное количество пара сбрасывается в газовый контур 19 реактора 1. Если подача пара при этом превышает конденсационную способность газового контура 19, то избыточная часть парогазовой смеси, а следовательно и тепла, отводится с помощью паросбросных устройств 87 в систему локализации аварии. Вода из выгородки 84 с помощью соответствующих дренажных устройств также сбрасывается в систему локализации аварии, но при включении САОР(Н) целесообразно принудительно возвращать ее обратно в бак 24.

Если авария с потерей теплоносителя в одной из петель контура охлаждения 10 реактора 1 сопровождается отказом обеих указанных систем его аварийного охлаждения, т. е. САОР(В) и САОР(Н)0 то так же как в случае отказа только САОР(В), за осушением даже одной из петель охлаждения следует самогашение цепной ядерной реакции и снижение мощности реактора до уровня остаточного тепловыделения.

Анализ последствий аварийного обезвоживания одной из петель контура охлаждения 10 реактора 1 в предположении отказа всех систем его аварийного охлаждения, самогашения цепной ядерной реакции и неизменности исходной геометрии его активной зоны показывает, что температура сердечников из двуокиси урана тепловыделяющих элементов (твэлов) всех ТВС 73 в каналах аварийной петли в этом случае существенно превысила бы 2000^oС, что соответствует условию их плавления )здесь надо иметь в виду, что штатный установочный зазор между рядами, например, 2 и 3 каналов, а также между каналами в рядах в активной зоне составляет ≈ 10 мм т.е. в нормальных режимах, а также в аварийных режимах работы ЯЭУ при условии, что температура каналов, в случае изготовления последних традиционно из слабо легированного циркония, не превышает 1200^oС, контакт между каналами в смежных рядах отсутствует).

Однако, при повышении температуры топлива до 1200^oС происходит (см.фиг. 90 пластическая деформация горизонтально расположенных каналов под тяжестью расположенных в них ТВС 73, например, каналы ряда 4 прогнутся в сторону смежных нижерасположенных каналов ряда 3, отличающихся по направлению движения теплоносителя на 90^o, т.е. подключенных к другой неаварийной петле контура охлаждения 10 реактора 1.

Дальнейшее повышение температуры топлива до 1800^oС в аварийных каналах, например, в каналах ряда 5, сопровождается деформациейсмятия элементов, выполненных, как и оболочки твэлов, из сплава на основе циркония и используемых для дистанционирования твэловв в ТВС 73 и последних в канале реактора. В результате этого, а тем более при расплавлении указанных элементов и оболочек твэлов, топливо группируется в нижней части аварийных каналов, в том числе и в местах контакта центральных участков 65 аварийных и неаварийных каналов, например, в рядах соответственно 5 и3 (см.фиг.9), что в итоге обеспечивает непосредственный теплоотвод из аварийных каналов в неаварийные.

Дополнительный отвод тепла из аварийных каналов обеспечивается за счет излучения в смежные неаварийные каналы с топливом, а также в вертикально ориентированные каналы без топлива спринклерные, например, 14, 31, 32, и отводится соответствующими контурами охлаждения. В итоге температура более 50% топлива в виде двуокиси урана в аварийных каналах по оценкам не превысит температуры плавления, т. е. 2400^oC. Это означает, что при четырехпетлевом контуре охлаждения 10 (а это не предел для предлагаемой ЯЭУ, т.к. с учетом особенности используемого реактора осушение даже одной из шести петель обеспечивает самогашение цепной ядерной реакции), расплавится не более 10% от всей топливной загрузки.

С учетом чередования по направлению смежных рядов горизонтально ориентированных каналов для топлива и по подключению последних к разным петлям контура охлаждения 10, плавление относительно небольшой части топлива (от ≈ 20% до ≈ 7% при изменении количества используемых петель от 2 до 6), равномерно распределенного по объему активной зоны, не приведет к выходу активности за пределы кожуха 17 реактора 1, т.к. образовавшаяся эвтектика, застывая на поверхностях смежных нижерасположенных рядов неаварийных каналов и смежных вертикально ориентированных спринклерных каналов, образует "блокады", которые препятствуют стеканию эвтектикик стенке кожуха 17 реактора 1. При этом следует учесть, что кожух 17 подключен к соответствующему контуру охлаждения 54 и расположен в контуре охлаждения 19, выполненном с газом в качестве теплоносителя.

Нежелательный эффект, обусловленный возможностью "раздувания" труб центральных участков 65 аварийных каналов при повышении их температуры до 1200^oС и выше, в случае изготовления их из сплава на основе циркония (т.е. в состоянии пластичности данного материала) предотвращается, как отмечалось выше, путем автоматического сброса давления в аварийной петле уже на стадии включения аварийной системы наружного охлаждения каналов САОР(Н) по сигналу от датчиков температуры 41, регистрирующих повышение ее сверх уровня, установленного применительно к каналам для топлива.

Формула изобретения

1. Ядерная энергетическая установка, включающая ядерный реактор, активная зона которого выполнена с чередованием рядов каналов, установленных параллельно в пределах ряда и в рядах, примыкающих к одному и тому же ряду, расположенных так, что угол между осями каналов смежных рядов в направлении движения теплоносителя составляет 45 135^o, и по крайней мере две петли контура охлаждения реактора, причем каналы по крайней мере одного из упомянутых рядов расположены горизонтально, отличающаяся тем, что каналы по крайней мере одного ряда, смежного с упомянутым рядом горизонтальных каналов, также расположены горизонтально, причем эти два ряда содержат каналы для топлива, подключенные по теплоносителю соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что горизонтально расположенные каналы для топлива, принадлежащие соответственно упомянутым двум смежным рядам, подключены соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что горизонтально расположенные каналы, оси которых параллельны по крайней мере одному из направлений движения теплоносителя, образуют прямоугольную решетку, причем соседние каналы для топлива, из числа этих каналов, принадлежащие одному и тому же ряду, а также каналы для топлива из числа этих каналов, принадлежащие разным рядам, примыкающие к одному и тому же ряду и расположенные напротив друг друга, подключены к разным петлям контура охлаждения реактора.

4. Установка по п.2 или 3, отличающаяся тем, что горизонтально расположенные каналы двух направлений движения теплоносителя, угол между осями каналов смежных рядов в направлении движения теплоносителя которых соответствует указанному интервалу его изменения, образуют прямоугольные решетки, а между соседними каналами в рядах горизонтально расположенных каналов установлены вертикально расположенные каналы, образующие решетку или ее отдельные фрагменты.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что вертикально расположенные каналы включают по крайней мере один канал для топлива, причем указанный канал и горизонтально расположенные каналы для топлива подключены по теплоносителю соответственно к разным петлям контура охлаждения реактора.

6. Установка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что реактор снабжен кожухом, внутри которого расположены на части своей длины каналы, образующие активную зону.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что горизонтально расположенные каналы для топлива, принадлежащие одному и тому же ряду, имеют входные участки, расположенные с одной и той же или с противоположных сторон реактора, а каналы для топлива, принадлежащие разным рядам, примыкающие к одному и тому же ряду и расположенные напротив друг друга, имеют входные участки, расположенные с противоположных сторон реактора.

8. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что по крайней мере каналы, образующие активную зону, включают по крайней мере один спринклерный канал (для наружного охлаждения каналов реактора), имеющий по крайней мере одну полость, расположенную в жидкостном тракте канала, причем указанная полость сообщена с максимальным пространством реактора и подключена через запорную арматуру, снабженную автоматическим приводом, к баку с теплоносителем или жидким поглотителем, а жидкостный тракт включен в контур охлаждения канала.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что в жидкостном тракте спринклерного канала в пределах активной зоны расположен вытеснитель теплоносителя, а до и после него по ходу теплоносителя установлены элементы, обеспечивающие неупругое рассеяние нейтронов жесткой части действующего спектра, например, из стали.

10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена системой стержневого регулирования реактора, а спринклерный канал выполнен одновременно как канал управления и защиты реактора, при этом поглощающий нейтроны элемент с вытеснителем теплоносителя, размещенным до и/или после указанного элемента по ходу теплоносителя, установлен в жидкостном тракте канала.

11. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она снабжена системой жидкостного регулирования реактора, а спринклерный канал выполнен одновременно как канал управления и защиты реактора и имеет по крайней мере одну изолированную полость, которая расположена в жидкостном тракте канала и подключена к системе жидкостного регулирования реактора.

12. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что она снабжена системой жидкостного регулирования реактора и включает по крайней мере один спринклерный канал для наружного охлаждения каналов реактора, выполненный одновременно как канал системы управления и защиты реактора, при этом канал имеет замкнутую полость, подключенную к системе жидкостного регулирования реактора, а замкнутая полость включает полость, которая сообщена с межканальным пространством реактора и через запорную арматуру, снабженную автоматическим приводом, подключена к баку с теплоносителем или жидким поглотителем.

13. Установка по п.8 и/или 12, отличающаяся тем, что по крайней мере дин канал для топлива на его концевых участках снабжен датчиками температуры, электрически связанными с автоматическим приводом запорной арматуры.

14. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что межканальное пространство реактора включено в дополнительный контур его охлаждения, выполненный с газом в качестве теплоносителя.

15. Установка по п.14, отличающаяся тем, что в газовый контур включен своим конденсатным трактом конденсатор этого контура, причем конденсатный тракт конденсатора подключен к баку с теплоносителем или жидким поглотителем, подключенному в свою очередь к полости спринклерного канала, которая сообщена с межканальным пространством реактора.

16. Установка по п.8 и/или 12, отличающаяся тем, что полость, которая сообщена с межканальным пространством реактора, подключена к газовому тракту, оснащенному по крайней мере одним датчиком контроля параметров газа, например его температуры, влажности.

17. Установка по п. 8 и/или 12, отличающаяся тем, что по крайней мере один канал, не включенный в контур охлаждения реактора, имеет участки, расположенные в пределах кожуха реактора, оснащенные прокладками, установленными на внешней поверхности канала в местах, наиболее приближенных в условиях номинального режима ее работы к внешней поверхности смежных каналов, включенных в контур охлаждения реактора.

18. Установка по п.6 или 7, отличающаяся тем, что стенка кожуха реактора выполнена по крайней мере с одной полостью, включенной в контур охлаждения указанного кожуха и заполненной элементами, обеспечивающими неупругое рассеяние нейтронов жесткой части действующего спектра, например, из стали.

19. Установка по п. 6 или пп.7 и 18, отличающаяся тем, что по крайней мере один канал из числа каналов, включенных в контур реактора, смежный со стенкой кожуха, имеет по крайней мере один участок из числа наиболее приближенных к внутренней поверхности кожуха реактора в номинальном режиме ее работы, между которым и кожухом реактора установлена прокладка.

20. Установка по п.8 и/или 12, отличающаяся тем, что стенка кожуха реактора снабжена датчиком температуры, электрически связанным с автоматическим приводом запорной арматуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12