Дезинтегратор

 

Изобретение относится к технике разделения ассоциатов молекул обычной и сверхтяжелой воды и может быть использовано на атомных электростанциях, оборудованных водографитовыми реакторами, для дополнительной выработки энергии в реакторах-размножителях на тритиевой воде. Дезинтегратор содержит корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, которые выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, причем глухие отверстия выполнены в кольце магнитофора. Корпус установлен на упругих опорах и снабжен вибратором. Патрубками входа и выхода дезинтегратор байпасом сообщен с контуром циркуляции реактора. Полость между перфорированным кольцом и корпусом сообщена патрубком со сборником смеси обычной и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор - с ректификационной колонной, разделенной поперечными перегородками на секции, соединенные одна с другой переливными трубами. Верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором и по конденсату через гидравлический затвор - с ректификационной колонной, а нижняя секция сообщена с теплообменником и по сверхтяжелой воде - со сборником реактора-размножителя трития в виде тритиевой воды. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы дезинтегратора за счет дополнительной выработки энергии и трития в виде тритиевой воды. 2 ил.

Изобретение относится к технике разделения ассоциатов молекул обычной и сверхтяжелой /T₂O/ воды и может быть использовано на АЭС, оборудованных водографитовыми реакторами РБМК, для дополнительной выработки энергии в реакторах-размножителях на тритиевой воде.

Известен дезинтегратор, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 М 1/33, C 02 F 3/00, 1997/, в котором не решается техническая задача по дезинтеграции ассоциатов обычной и сверхтяжелой воды с последующей выработкой на тритиевой воде дополнительной энергии и производством товарной тритиевой воды и гелия /He/, что снижает эффективность его работы в первичном контуре циркуляции реактора РБМК.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, причем отверстия ротора выполнены в кольце магнитофора, корпус дезинтегратора установлен на упругих опорах и снабжен вибратором, а патрубками входа и выхода дезинтегратор байпасом сообщен с контуром циркуляции реактора РБМК, полость между кольцом корпусом сообщена патрубком со сборником смеси обычной и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор - с ректификационном колонной /РК/, включающей поперечные перфорированные перегородки /ППП/, образующие секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором, а по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор - с РК, нижняя секция которой сообщена с теплообменником и по сверхтяжелой воде - со сборником сверхтяжелой воды реактора-размножителя трития.

Источником трития в виде тритиевой воды является активация дейтерия, содержащегося в теплоносителе в качестве примеси, образование при тройном делении ядерного топлива утечек из тепловыделяющей графитовой кладки. Подробное обоснование достижения цели изобретения приведено при описании работы.

На фиг. 1 чертежей схематически показан продольный разрез дезинтегратора в составе реактора РБМК, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Дезинтегратор включает корпус 1 с патрубками: 2 - входа, 3 - выхода, установленный по оси корпуса 1 ротор 4 с глухими отверстиями 5, взаимодействующими через кольцевой канал 6 с отверстиями 7. Отверстия 7 выполнены в перфорированном кольце 8, образующем с корпусом 1 полость 9, изолированную от патрубков 2 и 3, причем отверстия 5 выполнены в кольце магнитофора 10, корпус 1 установлен на упругих опорах 11 и снабжен вибратором 12, патрубками 2 и 3 дезинтегратор 13 байпасом 14 сообщен с контуром 15 реактора РБМК 16, а полость 9 между кольцом 8 и корпусом 1 сообщена патрубком 17 со сборником 18 смеси обычной и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор 19 - с РК 20, включающей ППП 21, образующие секции 22, сообщенные друг с другом переливными трубами 23, причем верхняя секция 22 по пару сообщена с дефлегматором 24 и по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 25 - с РК 20, а нижняя секция 22 сообщена с теплообменником 26 и по сверхтяжелой воде - со сборником 27 реактора-размножителя 28, который включает электроды 29 и 30, сообщенные с батареей конденсаторов 31, а концентрично оси между электродами 29 и 30 размещен полый теплообменник 32 из цилиндрических обечаек: 33 - литиевой, 34 - бериллиевой, 35 - графитовой, сообщенных контуром 36 с сепаратором 37, паровой турбиной 38 и электрогенератором 39. Торцевая стенка реактора 28 выполнена с неподвижным диском 40, снабженным отверстием 41, взаимодействующим с плунжерными насосами 42 и упором 43, причем плунжерные насосы 42 смонтированы в приводном диске 44 концентрично приводному валу 45. Противоположная торцевая стенка реактора 28 выполнена в виде диска 46 с отверстиями 47, взаимодействующими с отверстием 48 приводной ступицы 49, и по контуру разрежения 50 внутренняя полость 51 реактора 28 сообщена с конденсатором 52 и сборником 53 гелия /He/, а контур 54 сверхтяжелой воды сообщен со сборником 55 сверхтяжелой /T₂O/ воды и со сборником 27 реактора-размножителя 28 трития. Контур 15 реактора 16 типа РБМК включает главный циркуляционный насос 56 и сепаратор 57.

Дезинтегратор 13 в первом циркуляционном контуре реактора РБМК работает следующим образом.

При работа реактора РБМК происходит накопление трития в виде тритиевой воды. Дезинтегратор 13 присоединен байпасом 14 относительно главного циркуляционного насоса 56 к контуру циркуляции 15 с отбором 1-5% воды, циркулирующей в контуре 15. При прохождении воды по кольцевому каналу 6 под воздействием магнитного поля магнитофора 10 в воде происходит перестройка ассоциатов молекул в линейные макромолекулы ассоциатов обычной и сверхтяжелой воды. При многократных опорожнениях и заполнениях глухих отверстий 5 происходит разрыв водородных связей между ассоциатами макромолекул со следующим механизмом дезинтеграции. При опорожнении отверстий 5 между днищем отверстия 5 и столбом воды возникает разрежение. В столбе воды возникают пузырьки пара, которые конденсируются в кольцевом канале 6. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого образовался конденсат, - возникают пустоты, которые схлопываются с гидродинамическими воздействиями на окружающие пустоты участки воды, вызывая разрыв водородных связей между макромолекулами ассоциатов обычной и сверхтяжелой воды. Сверхтяжелая вода имеет плотность, на 33% большую плотности обычной воды, и она в поле центробежных сил вращающегося ротора 4 отбрасывается через отверстия 7 кольца 8 в полость 9, вытесняя оттуда обычную воду. Выходу сверхтяжелой воды препятствует ее вязкость, на 23% большая вязкости обычной воды. Для интенсификации дезинтеграции обычной и сверхтяжелой воды корпус 1 дезинтегратора 13 подвергают встряхиванию на упругих опорах 11 от вибратора 12. Смесь обычной и сверхтяжелой воды через патрубок 17 отводят из полости 9 по патрубку 17 в сборник 18, а из него через гидравлический затвор 19 в РК 20. Температура кипения сверхтяжелой воды 104^oC, т.е. она хуже испаряется и лучше конденсируется в сравнении с обычной водой. Путем многократных частичных испарений и конденсаций вверху РК 20 получаем обычную воду, а внизу - сверхтяжелую, причем возможны примеси тяжелой /Д₂О/ воды, имеющей температуру кипения 101,42^oC. Концентрация тяжелой воды в обычной, используемой в контуре 15 циркуляции РБМК порядка 0,015%. Смесь тяжелей и сверхтяжелой воды из теплообменника 26 РК 20 поступает в сборник 27 плазменного реактора-размножителя 28 трития. Смесь вспрыскивается в его внутреннюю полость 51 плунжерными насосами 42 при входе в контакт с упором 43 при вращении диска 44 на приводном валу 45, причем в нижнем положении плунжерных насосов 42 происходит их заполнение, а в верхнем - опорожнение через отверстие 41 в диске 40 во внутреннюю полость 51 реактора 28. Вспрыски из плунжерного насоса 42 совпадают по фазе с электрическими разрядами между электродами 29 и 30 от конденсаторной батареи 31. При электроразрядах вода переходит в пар, который диссоциируется до электронов и атомов-ионов, потерявших электроны, т.е. плазмы. Отвод плазмы осуществляют через отверстия 47 диска 46 с противоположной стороны торцевой стенки реактора 28 через отверстие 48 приводной ступицы 49, что обеспечивает формирование плазменного облака в виде спиральных траекторий. Под действием испарения с поверхностей спиралей происходит поджатие спиралей при контакте испарений с литиевой обечайкой 33 теплообменника 32, т.е. образуется плазменная "шуба", препятствующая чрезмерному охлаждению плазмы. Высокоэнергетичные ионы при контакте с литиевой 33 и бериллиевой 34 обечайками продуцируют тритий в охлаждающем контуре 36 сепаратора 37, пар из которого осуществляет привод паровой турбины 38 электрогенератора 39, вырабатывающего электроэнергию, а отработанный и сконденсированный пар поступает на разделение в ректификационную колонну /на чертеже не показана/. Отводимая через отверстия 47 в диске 46 плазма превращается в молекулы пара, который конденсируется в конденсаторе 52. Образовавшийся при слиянии ядер дейтерия и трития гелий является неконденсирующей примесью пара и отводится в сборник 53. Под воздействием литиевой обечайки 33 теплообменника 32 происходит образование трития, т. е. его размножение и избыточное количество трития в виде тритиевой воды /T₂O/ отводится в сборник 55 и является товарным продуктом АЭС. Тритиевая вода выделяется из контура 36, следовательно, реактор 28 является реактором-размножителем трития в виде тритиевой воды. Простота конструкции, эксплуатации и обслуживания делает привлекательным использование реакторов-размножителей трития на АЭС с реакторами РБМК.

Формула изобретения

Дезинтегратор, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, отличающийся тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, причем глухие отверстия выполнены в кольце магнитофора, а корпус установлен на упругих опорах и снабжен вибратором, при этом патрубками входа и выхода дезинтегратор байпасом сообщен с контуром циркуляции реактора, а полость между перфорированным кольцом и корпусом сообщена патрубком со сборником смеси обычной и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор - с ректификационной колонной, включающей поперечные перфорированные перегородки, образующие секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция по пару сообщена с дефлегматором и по флегме (конденсату) через гидравлический затвор - с ректификационной колонной, а нижняя секция ректификационной колонны сообщена с теплообменником и по сверхтяжелой воде - со сборником реактора - размножителя трития в виде тритиевой воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2