Поглощающий элемент корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора



Поглощающий элемент корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора

 


Владельцы патента RU 2453004:

ОАО "Московский завод полиметаллов" (RU)

Заявленное изобретение может применяться в конструкциях поглощающих элементов системы управления и защиты корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора. Поглощающий элемент содержит оболочку, внутри которой расположен поглотитель нейтронов, первый наконечник, размещенный над первой частью поглотителя нейтронов, состоящий из хвостовой и утяжеляющей части, жестко соединенных между собой, и второй наконечник, размещенный под второй частью поглотителя нейтронов, соединенные с оболочкой контактно-стыковой сваркой. При этом отношение длины оболочки l к длине поглощающего элемента L составляет от 0,7 до 0,9, а отношение суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций поглощающего элемента М составляет от 0,2 до 0,64. Техническим результатом является повышение равномерности выгорания поглотителя нейтронов, что обеспечивает возможность более точного прогнозирования его срока службы. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к поглощающим элементам системы управления и защиты корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора, и может быть использовано в регулирующих органах, выполненных в виде одиночных поглощающих элементов с различным поперечным сечением или сборок, содержащих набор поглощающих элементов (ПЭЛ) или набор топливных элементов и ПЭЛ. Поглощающие элементы предназначены для быстрого прекращения ядерной реакции, поддержания мощности реактора на заданном уровне, перехода с одного уровня мощности на другой, выравнивания поля энерговыделений по высоте активной зоны, предупреждения и подавления ксеноновых колебаний, а также предназначены для использования в управляющих системах с совмещенными функциями.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Нормальная и безопасная эксплуатация ядерного реактора обеспечивается поддержанием реактивности на необходимом уровне во время пуска, останова, переходных процессов, а также резким снижением реактивности при останове реактора. Для этого реактор оснащается поглощающими элементами различного исполнения, соединенные с приводом, перемещающим их по высоте активной зоны для изменения в требуемых пределах реактивности. Известен поглощающий элемент для корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора, содержащий цилиндрическую оболочку, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, выполненный по высоте из двух частей, одна из которых включает материал, имеющий с нейтронами (n, α) реакцию, а другая, вдвигаемая в активную зону первой, включает материал, имеющий с нейтронами (n, γ) реакцию, а также два наконечника (см. патент US №4699756, кл. G21C 7/10, 1987 и заявку ЕР №01212920, кл. G21C 7/10, 1986). В части столба поглотителя нейтронов, имеющей с нейтронами (n, α) реакцию, расположен карбид бора, а в части, вдвигаемой в активную зону первой, сплав серебра (Ag-In-Cd), имеющий с нейтронами (n, γ) реакцию. Наличие сплава серебра в этой части оболочки ПЭЛ позволяет существенно снизить распухание карбида бора и газовыделение за счет экранирующего воздействия на карбид бора путем вывода его из областей с высокими потоками нейтронов при расположении поглощающего элемента во время эксплуатации в верхней части активной зоны или над ней.

Однако во время кампании реактора в процессе облучения происходит изменение эффективности поглощения нейтронов сплавом серебра, что приводит к изменению его экранирующего воздействия на карбид бора и, как следствие, к изменению его экранирующего воздействия на карбид бора и, как следствие, к изменению характеристик ПЭЛ в течение его эксплуатации, в частности к изменению суммарного физического веса ПЭЛ.

Причем в зависимости от флюенса эффективность поглощения нейтронов сплавом серебра меняется по нелинейному закону, что практически исключает возможность точного расчета эффективности всего ПЭЛ в целом от времени пребывания в различных областях активной зоны и над ней. При этом затрудняется прогнозирование срока службы ПЭЛ, а также усложняется создание систем их перемещения (устройств контроля, приводов и пр.), т.к. имеет место непредсказуемое неравномерное выгорание двух частей столба поглотителя нейтронов.

Известен также поглощающий элемент для корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора, содержащий цилиндрическую оболочку, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, выполненный по высоте из двух частей, одна из которых содержит карбид бора (В4С), имеющий с нейтронами (n, α) реакцию, а другая, вдвигаемая в активную зону первой, содержит сплав серебра (Ag-In-Cd), имеющий с нейтронами (n, γ) реакцию, а также два наконечника и пробку, размещенную между частями столба поглотителя нейтронов (см. заявку DE №3835711, кл. G21C 7/10, 1990 и заявку ЕР №0364910, кл. G21C 7/08, 7/103, 1990). Необходимо отметить, что все изложенное относительно вышеуказанной конструкции ПЭЛ справедливо и для данной конструкции ПЭЛ.

Повышение эффективности экранирования карбида бора возможно за счет использования выполнения части столба поглотителя нейтронов, вдвигаемой в активную зону первой, из материала, содержащего гафний (см. патент US №4678628, кл. G21C 7/10, 1987). Такой ПЭЛ содержит цилиндрическую оболочку из нержавеющей стали, внутри которой размещен столб поглотителя нейтронов, выполненный по высоте из двух частей, одна из которых содержит таблетки карбида бора (Е4С), имеющего с нейтронами (n, α) реакцию, а другая, вдвигаемая в активную зону первой, содержит таблетки гафния (Hf), имеющего с нейтронами (n, γ) реакцию, а также два наконечника, герметизирующих оболочку. Использование гафния позволяет решить многие проблемы, связанные с физическими аспектами поглощения нейтронов. В отличие от сплава Ag-In-Cd, гафний имеет практически линейную зависимость изменения эффективности в зависимости от флюенса нейтронов, что позволяет обеспечить надежную защиту карбида бора во время кампании реактора, т.к. характеристики гафния со временем меняются незначительно и могут быть предварительно рассчитаны. Однако карбид бора вследствие меняющегося потока нейтронов по высоте и радиусу поглощающегося стержня облучается неравномерно, особенно при размещении ПЭЛ в активной зоне. В результате различные участки части столба поглотителя нейтронов с таблетками карбида бора имеют различное распухание, что приводит к возникновению различного рода механических напряжений. Наличие механических напряжений вызывает искривление стержня, которое можно снизить за счет увеличения толщины оболочки, препятствующей значительным деформациям. Но в этом случае существенно снижается эффективность органа регулирования за счет уменьшения объемной доли поглощающего материала. Искривление столба таблеток из карбида бора приводит к деформации той части оболочки, в которой размещены таблетки гафния, и которая подвержена незначительному распуханию. Но таблетки гафния не могут препятствовать искривлению части оболочки с гафнием, т.к. они имеют возможность перемещения относительно друг друга. В результате за счет неравномерного распухания карбида бора имеет место искривление всей оболочки, что негативно связывается при эксплуатации ПЭЛ, обладающего неплохими нейтронно-физическими параметрами.

Также известен поглощающий элемент для водо-водяного энергетического реактора, содержащий цилиндрическую оболочку, изготовленную из нержавеющей стали, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, выполненный по высоте из двух частей, одна из которых содержит карбид бора (В4С), имеющий с нейтронами (n, α) реакцию, а другая, вдвигаемая в активную зону первой, имеющая с нейтронами (n, γ) реакцию, выполнена в виде жесткой продольной конструкции из материала, включающего гафний (Нf), а также два наконечника, герметизирующих оболочку (см. патент RU №2077743, кл. G21C 7/10, 1997). В этом устройстве жесткая продольная конструкция выполнена в виде полого стержня из металлического гафния, соединенного с оболочкой, содержащей карбид бора. Полый стержень из металлического гафния, вводимый в активную зону первым, достаточно надежно экранирует карбид бора, не допуская его существенного распухания, и практически не деформируется при эксплуатации, снижая, тем самым, суммарную деформацию стержня.

Однако надежность и работоспособность таких ПЭЛ существенным образом зависит от герметичности сварных соединений (герметизация оболочки наконечниками), выполняемых аргонодуговой сваркой (АДС). Дело в том, что АДС сопровождается наличием дефектов в сварных швах, обусловленных металлургическими процессами, протекающими при сварке плавлением (поры, включения, прикорневые вздутия и т.п.). Кроме того, качество АДС напрямую связано с точностью изготовления посадочных мест свариваемых деталей (наконечники и торцевые части оболочки), а также с качеством вспомогательных материалов, используемых при подготовке и выполнении сварочных операций (аргон, гелий, спирт), и с квалификацией оператора проводящего АДС.

Известен также поглощающий элемент для водо-водяного энергетического реактора, содержащий цилиндрическую оболочку, изготовленную из нержавеющей стали, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, выполненный по высоте из двух частей, одна из которых содержит карбид бора (Е4С), имеющий с нейтронами (n, α) реакцию, а другая, вдвигаемая в активную зону первой, имеющая с нейтронами (n, γ) реакцию, выполнена в виде жесткой продольной конструкции из материала, включающего гафний (Hf), а также два наконечника, герметизирующих оболочку, и пробку из никелевой сетки, размещенную между частями столба поглотителя нейтронов (см. патент RU №2101787, кл. G21C 7/10, 1998 и заявка DE №69723586 Т2, кл. G21C 7/10, 2004). Следует отметить, что все изложенное относительно вышеуказанной конструкции ПЭЛ для корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора справедливо и для данной конструкции ПЭЛ.

Наиболее близким к описываемому ПЕЛ по технической сущности является ПЕЛ корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора, содержащий оболочку, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, первый цилиндрический наконечник, размещенный над столбом поглотителя нейтронов, состоящий из хвостовой части и утяжеляющей части, жестко соединенных между собой, и второй наконечник, размещенный под столбом поглотителя нейтронов, выполненный в виде цилиндра с коническим окончанием, соединенные с оболочкой аргонодуговой сваркой (АДС). Причем столб поглотителя нейтронов выполнен из двух частей, первая из которых содержит карбид бора (В4С), а вторая, вдвигаемая в активную зону первой, содержит титанат диспрозия (Dу2О3ТiO2) (см. В.К.Резепов, В.П.Денисов, Н.А.Кирилюк, Ю.Г.Драгунов и С.Б.Рыжов, Реакторы ВВЭР-1000 для атомных электростанций, ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», М.: «Академкнига», 2004, стр.272-276).

Выбор в качестве первого материала карбида бора, имеющего с нейтронами (n, α) реакцию, а в качестве второго материала - титаната диспрозия, имеющего с нейтронами (n, γ) реакцию, приводит к стабилизации параметров ПЭЛ, поскольку титанат диспрозия, во-первых, незначительно изменяет эффективность поглощения нейтронов в процессе облучения, а во-вторых, закон изменения эффективности поглощения нейтронов имеет ярко выраженный линейный характер. Достаточно надежная экранировка карбида бора от распухания обеспечивается при длине части столба поглотителя нейтронов, занимаемой вторым материалом, не менее 2% от всей длины столба поглотителя нейтронов. Кроме того, наличие во второй части столба поглотителя нейтронов титаната диспрозия значительно повышает суммарную массу стержня, т.к. плотность титаната диспрозия более чем в четыре раза выше плотности карбида бора. Увеличение массы стержня повышает скорость введения ПЭЛ в активную зону в режиме аварийной защиты при его свободном падении, что оказывает положительное влияние на безопасность реактора.

Однако надежность и работоспособность ПЭЛ существенным образом зависит от герметичности сварных соединений (герметизация оболочки наконечниками), выполняемых в этой конструкции АДС. Дело в том, что АДС сопровождается наличием дефектов в сварных швах, обусловленных металлургическими процессами, протекающими при сварке плавлением (поры, включения, прикорневые вздутия и т.п.). Кроме того, качество АДС напрямую связано с точностью изготовления посадочных мест свариваемых деталей (наконечники и торцевые части оболочки), а также с качеством вспомогательных материалов, используемых при подготовке и выполнении сварочных операций (аргон, гелий, спирт), и с квалификацией оператора, проводящего АДС. Причем замена АДС на контактно-стыковую сварку (КСС), у которой отсутствуют вышеуказанные недостатки, невозможна без внесения изменений в конструкцию указанных ПЭЛ, делающих их пригодными для использования КСС.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание поглощающего элемента, имеющего увеличенные по сравнению с прототипом и аналогами надежность, прочность и работоспособность за счет более качественных сварных соединений его элементов при одновременном обеспечении достаточной поглощающей способности.

Техническим результатом изобретения является увеличение эксплуатационной надежности поглощающего элемента по сравнению с прототипом и аналогами и возможность увеличения объемов производства поглощающих элементов за счет уменьшения затрат времени на изготовление одного поглощающего элемента.

Данный технический результат достигается тем, что в поглощающем элементе корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора, содержащем оболочку, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, первый цилиндрический наконечник, размещенный над столбом поглотителя нейтронов, состоящий из хвостовой части и утяжеляющей части, жестко соединенных между собой, и второй наконечник, размещенный под столбом поглотителя нейтронов, выполненный в виде цилиндра с коническим окончанием, соединенные с оболочкой сваркой, причем утяжеляющая часть первого наконечника и цилиндр второго наконечника соединены с оболочкой контактно-стыковой сваркой, при этом отношение длины оболочки l к длине поглощающего элемента L составляет от 0,7 до 0,9, а отношение суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций поглощающего элемента М составляет от 0,2 до 0,64.

Отличительной особенностью настоящего изобретения является соединение утяжеляющей части первого наконечника и цилиндра второго наконечника с оболочкой контактно-стыковой сваркой, причем отношение длины оболочки l к длине поглощающего элемента L составляет от 0,7 до 0,9, а отношение суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций поглощающего элемента М составляет от 0,2 до 0,64.

Целесообразно, чтобы отношение глубины Δ запрессованной части наконечников к диаметру d цилиндрической части наконечников составляло от 2, 92 до 3,08, а зону сплошности сварного соединения выполнить от 0,7 мм до 0,9 мм.

Кроме того, целесообразно оболочку, первый и второй наконечники выполнить из сплава 42ХНМ, а столб поглотителя нейтронов выполнить из материала, имеющего с нейтронами (n, α) реакцию и/или (n, γ) реакцию.

Также целесообразно в качестве материала, имеющего с нейтронами (n, α) реакцию, применять порошок или таблетки карбида бора (В4С), а в качестве материала, имеющего с нейтронами (n, γ) реакцию, применять порошок или таблетки монотитаната диспрозия (Dy2O3·TiO2), и/или дититаната диспрозия (Dy2O3·TiO7), и/или гафната диспрозия (Dy2O3·HfO2).

В том числе целесообразно выполнить столб поглотителя нейтронов из двух частей, а также чтобы отношение массы титаната диспрозия mDy2O3TiO2 к массе карбида бора mB4C с составляло от 0,06 до 1,2.

В соответствии с вышеизложенным, соединение утяжеляющей части первого наконечника с оболочкой КСС обеспечивает возможность уменьшения длины оболочки, а это приводит к повышению продольной жесткости, прочности и работоспособности конструкции ПЭЛ. Кроме того, использование КСС вместо АДС при соединении первого и второго наконечников с оболочкой также приводит к повышению прочности и работоспособности ПЭЛ, т.к. при КСС в отличие от АДС отсутствуют дефекты в сварных швах, обусловленных металлургическими процессами, протекающих при сварке плавлением, а также отсутствует влияние субъективных факторов на качество сварных соединений. Причем использование КСС при соединении оболочки с первым наконечником возможно только с утяжеляющей частью первого наконечника. Необходимо также отметить, что использование КСС при сборке ПЭЛ позволяет увеличить объем производства ПЭЛ. Дело в том, что кроме ранее указанных недостатков, присущих АДС, производительность установок при сварке герметизирующих швов не превышает 20 циклов в час, а система управления циклом сварки не предусматривает в своем составе наличие блока считывания штрих-кода с поверхности свариваемого изделия, что не позволяет идентифицировать параметры режимов сварки применительно к каждому изделию.

Соблюдение диапазонов, касающихся отношения длины оболочки l к длине поглощающего элемента L и отношения суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций ПЭЛ М, также существенным образом влияет на обеспечение надежности, прочности, работоспособности и эффективности аварийной защиты ПЭЛ ПС СУЗ.

Выполнение отношения длины оболочки l к длине ПЭЛ L менее 0,7 приведет к уменьшению компенсационного объема и/или уменьшению длины столба поглотителя нейтронов. Уменьшение длины столба поглотителя нейтронов недопустимо, а уменьшение длины компенсационного объема может привести к избыточному давлению в компенсационном объеме, что, в свою очередь, приведет к разгерметизации оболочки ПЭЛ, а это также недопустимо.

Выполнение отношения длины оболочки l к длине ПЭЛ L более 0,9 приведет к уменьшению длины первого и/или второго наконечника, а следовательно, к уменьшению массы ПЭЛ и тем самым к снижению скорости введения ПЭЛ в активную зону в режиме аварийной защиты при его свободном падении, что оказывает негативное влияние на безопасность реактора.

Выполнение отношения суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций ПЭЛ М менее 0,2 приведет к уменьшению доли материала, имеющего с нейтронами (n, γ) реакцию (титанат диспрозия), который имеет массу почти в четыре раза больше, чем у материала, имеющего с нейтронами (n, α) реакцию (карбид бора), и/или к увеличению компенсационного объема. Уменьшение доли титаната диспрозия, в свою очередь, приведет к уменьшению массы ПЭЛ и тем самым к снижению скорости введения ПЭЛ в активную зону в режиме аварийной защиты при его свободном падении, что оказывает негативное влияние на безопасность реактора. Увеличение компенсационного объема недопустимо, так как это приведет к уменьшению количества поглотителя нейтронов и/или к снижению массы первого и/или второго наконечника, что окажет отрицательное воздействие на безопасность работы реактора.

Выполнение отношения суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций ПЭЛ М более 0,64 приведет к увеличению доли материала, имеющего с нейтронами (n, γ) реакцию (титанат диспрозия), и/или к уменьшению компенсационного объема. Увеличение доли титаната диспрозия, в свою очередь, приведет к снижению эффективности ПЭЛ в целом, так как существенно уменьшается количество материала, имеющего с нейтронами (n, α) реакцию (карбида бора), обладающего большей по сравнению с титанатом диспрозия поглощательной способностью, что оказывает негативное воздействие на характеристики ПЭЛ ПС СУЗ. Уменьшение компенсационного объема может привести к избыточному давлению в компенсационном объеме, что, в свою очередь, приведет к разгерметизации оболочки ПЭЛ, что недопустимо.

Необходимо также отметить, что количество факторов, влияющих на эффективность, надежность и работоспособность ПЭЛ, в сложнейшей системе ядерного реактора очень велико, причем для многих из них уравнения состояния не могут быть написаны даже приблизительно. Вышеприведенные существенные отличительные признаки были получены исходя из многолетнего анализа огромного количества данных, полученных экспериментальным и эмпирическим путем для конкретного типа реактора. Математических методов, позволяющих получить такую информацию, в настоящее время нет.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что только вся совокупность заявляемых существенных признаков обеспечивает достижение поставленной задачи изобретения и указанного технического результата.

Анализ решений, известных из предшествующего уровня техники, не выявил устройства, совпадающего с описываемым изобретением по всей совокупности существенных признаков, включенных в независимый пункт формулы изобретения, что свидетельствует о том, что настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники известен ПЭЛ ядерного реактора, содержащий часть признаков, сходных с признаками описываемого изобретения - RU 2077741, G21C 7/10, 1997 г. Известный ПЭЛ предназначен для использования в корпусном водоохлаждаемом ядерном реакторе. Общими признаками известного и настоящего изобретений являются признаки, касающиеся наличия двух частей столба поглотителя нейтронов, первая из которых содержит карбид бора, а вторая, вдвигаемая в активную зону первой, содержит титанат диспрозия, а также признаки, касающиеся соединения сваркой оболочки с наконечниками и размещения утяжелителя над столбом поглотителя нейтронов. В известной конструкции ПЭЛ утяжелитель размещен внутри компенсационного объема и не соединен с наконечником, что не позволяет уменьшить длину оболочки и увеличить жесткость конструкции ПЭЛ, а также заменить АДС на КСС. В известном устройстве жесткость ПЭЛ в целом образует оболочка с наконечниками. Следовательно, вся совокупность отличительных признаков настоящего изобретения из уровня техники неизвестна, а известные признаки не позволяют получить результат, заключающийся в увеличении изгибной жесткости конструкции в целом, повышении качества и конкурентоспособности ПЭЛ, а также в увеличении объемов производства ПЭЛ. Поэтому настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявляемое изобретение является новым, т.к. оно не известно из уровня техники, а также имеет изобретательский уровень, т.к. оно явным образом не следует из уровня техники.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 изображен общий вид поглощающего элемента корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поглощающий элемент корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора с длиной L состоит из тонкостенной цилиндрической оболочки 1 диаметром 8,2 мм и длиной 1, внутри которой расположен столб 2 поглотителя нейтронов, который выполнен из двух частей. Первая часть 3 содержит материал, имеющий с нейтронами (n, α) реакцию, например таблетки карбида бора (В4С) или виброуплотненный порошок до плотности не менее 1,7 г/см3. А вторая часть 4, вдвигаемая в активную зону первой, содержит материал, имеющий с нейтронами (n, γ) реакцию, например таблетки или виброуплотненный порошок монотитаната диспрозия (Dy2O3·TiO2), и/или дититанат диспрозия (Dy2O3·TiO7), и/или гафнат диспрозия (Dy2O3·HfO2) до плотности не менее 4,9 г/см3 для монотитаната и дититаната диспрозия и до плотности не менее 7 г/см3 для гафната диспрозия. Отношение массы титаната диспрозия mDy2O3TiO2 к массе карбида бора mB4C составляет от 0,06 до 1,2, а отношение длины оболочки l к длине поглощающего элемента L составляет от 0,7 до 0,9. Оболочка 1 загерметизирована контактно-стыковой варкой при помощи первого цилиндрического наконечника 5, размещенного над первой частью 3 столба поглотителя нейтронов, и второго наконечника 6, размещенного под второй частью 4 столба поглотителя нейтронов. Первый наконечник 5 состоит из хвостовой части 7 и утяжеляющей части 8, жестко соединенных между собой, например, посредством резьбового соединения 9 и/или завальцовки 10. Причем утяжеляющая часть 8 первого наконечника 5 и цилиндр 11 второго наконечника 6 соединены с оболочкой 1 контактно-стыковой сваркой. Второй наконечник 6 выполнен в виде цилиндра 11 с коническим окончанием 12. Отношение глубины Δ запрессованной части наконечников к диаметру d цилиндрической части наконечников составляет от 2,92 до 3,08, а зона сплошности сварного соединения выполнена от 0,7 мм до 0,9 мм. Причем отношение суммарной массы m поглотителей нейтронов (карбида бора и титаната диспрозия) к суммарной массе M металлических конструкций (оболочка и наконечники) поглощающего элемента составляет от 0,2 до 0,64. В оболочке l между первым наконечником 5 и столбом 2 поглотителя нейтронов предусмотрен компенсационный объем 13 для сбора газов, выделяемых при облучении нейтронами карбида бора. В качестве материала оболочки l и наконечников 5 и 6 использован сплав 42ХНМ. Фиксация столба 2 поглотителя нейтронов осуществляется пробками 14 и 15 из никелевой сетки. Между первой частью 3 и второй частью 4 поглотителя нейтронов может быть размещена пробка 16 из никелевой сетки.

ПЭЛ функционирует следующим образом. В зависимости от условий эксплуатации и необходимого поддержания уровня мощности ПЭЛ может быть расположен в различных положениях относительно активной зоны. При расположении ПЭЛ над активной зоной или при частичном введении его в активную зону первая часть 3 столба 2 поглотителя нейтронов, содержащая карбид бора, не имеет значительной неравномерности выгорания и мало подвержена негативному воздействию нейтронов, заключающемуся в ее распухании и газовыделении из нее, что обеспечивается наличием второй части 4, содержащей титанат диспрозия.

В случае поступления сигнала аварийной защиты ПЭЛ полностью вводится в активную зону, чему способствует утяжеляющая часть 8 первого наконечника 5.

Конструктивно элементы ПЭЛ могут быть выполнены любым известным образом.

ПЭЛ может использоваться автономно и иметь индивидуальный привод перемещения. Набор ПЭЛ может быть объединен в кластер с общим приводом. ПЭЛ могут быть установлены в тепловыделяющую сборку вместо твэлов. Использование ПЭЛ различным образом осуществляется также известными путями.

Таким образом, описываемый ПЭЛ корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора имеет повышенную надежность, прочность и работоспособность при сохранении срока службы ПЭЛ и достаточной эффективности аварийной защиты.

1. Поглощающий элемент корпусного водоохлаждаемого ядерного реактора, содержащий оболочку, внутри которой расположен столб поглотителя нейтронов, первый цилиндрический наконечник, размещенный над столбом поглотителя нейтронов, состоящий из хвостовой части и утяжеляющей части, жестко соединенных между собой, и второй наконечник, размещенный под столбом поглотителя нейтронов, выполненный в виде цилиндра с коническим окончанием, соединенные с оболочкой сваркой, отличающийся тем, что утяжеляющая часть первого наконечника и цилиндр второго наконечника соединены с оболочкой контактно-стыковой сваркой, причем отношение длины оболочки 1 к длине поглощающего элемента L составляет от 0,7 до 0,9, а отношение суммарной массы поглотителей нейтронов m к суммарной массе металлических конструкций поглощающего элемента М составляет от 0,2 до 0,64.

2. Поглощающий элемент по п.1, отличающийся тем, что отношение глубины Δ запрессованной части наконечников к диаметру d цилиндрической части наконечников составляет от 2,92 до 3,08.

3. Поглощающий элемент по п.1, отличающийся тем, что зона сплошности сварного соединения выполнена от 0,7 мм до 0,9 мм.

4. Поглощающий элемент по п.1, отличающийся тем, что оболочка, первый и второй наконечники выполнены из сплава 42ХНМ.

5. Поглощающий элемент по п.1, отличающийся тем, что столб поглотителя нейтронов выполнен из материала, имеющего с нейтронами (n, α) реакцию и/или (n, γ) реакцию.

6. Поглощающий элемент по п.5, отличающийся тем, что в качестве материала, имеющего с нейтронами (п, α) реакцию, применен порошок или таблетки карбида бора (В4С).

7. Поглощающий элемент по п.5, отличающийся тем, что в качестве материала, имеющего с нейтронами (n, γ) реакцию, применен порошок или таблетки титаната диспрозия (Dy2O3·TiO2), и/или дититаната диспрозия (Dy2O3·TiO7), и/или гафната диспрозия (Dy2O3·HfO2).

8. Поглощающий элемент по п.1, отличающийся тем, что столб поглотителя нейтронов выполнен из двух частей.

9. Поглощающий элемент по п.6 или 7, отличающийся тем, что отношение массы титаната диспрозия к массе карбида бора составляет от 0,06 до 1,2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к конструкции ампулы облучательного устройства ядерного реактора, и предназначено для производства источников гамма-излучения.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, касается, в частности, конструкции звена облучательного устройства для ядерных канальных реакторов и может использоваться для производства гамма-источников из радиоактивного кобальта.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к устройствам системы управления и защиты, может быть использовано в регулирующих органах, выполненных в виде одиночных стержней с различным поперечным сечением или в виде сборок, содержащих набор регулирующих стержень или набор топливных и регулирующих стержней, предназначенных для компенсации избыточной реактивности.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к устройствам системы управления и защиты, может быть использовано в регулирующих органах, выполненных в виде одиночных стержней с различным поперечным сечением или в виде сборок, содержащих набор регулирующих стержень или набор топливных и регулирующих стержней, предназначенных для компенсации избыточной реактивности.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при управлении работой ядерного реактора, например реактора с водяным охлаждением с топливными кассетами квадратного или шестигранного сечения.

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам, используемым для двойной функции: энерговыделения и регулирования потока нейтронов в водо-водяных ядерных энергетических реакторах, особенно в ядерных реакторах типа ВВЭР-440.

Изобретение относится к исполнительным органам систем управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов. .

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям органов регулирования и защиты ядерных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям органов регулирования и защиты ядерных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в органах регулирования и защиты ядерных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в качестве стержней управления и защиты ядерных реакторов, преимущественно в реакторах на быстрых нейтронах с металлическим теплоносителем

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в качестве стержней управления и защиты ядерных реакторов, преимущественно в реакторах на быстрых нейтронах с металлическим теплоносителем, например натриевым, свинцовым, свинцово-висмутовым. Стержень управления и защиты ядерного реактора включает корпус и закрепленные в нем один или несколько поглощающих элементов. По меньшей мере один из элементов содержит оболочку и две заглушки, между которыми размещены кольцевые блоки поглотителя нейтронов. Между оболочкой, верхней заглушкой и кольцевыми блоками поглотителя нейтронов, а также в их отверстии размещен упругий, газопроницаемый материал, а верхняя заглушка содержит сквозные отверстия во внутреннюю полость. Технический результат - повышение надежности стержня с поглощающим элементом малого диаметра при значительном упрощении конструкции и сохранении его работоспособности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерным реакторам деления на бегущей волне, имеющим спектр быстрых нейтронов. Изобретение характеризует сборку регулирования реактивности, систему регулирования реактивности, реактор ядерного деления на бегущей волне, способ регулирования реактивности в реакторе, способы управления реактором, способ и систему определения применения регулируемо подвижного стержня. Способ регулирования реактивности включает определение желательного параметра реактивности, настройку стержня регулирования, содержащего воспроизводящий материал и поглотитель нейтронов, постепенное перемещение воспроизводящего материала и/или поглотителя в стержень регулирования и из него. Технический результат - обеспечение адекватного тонкого регулирования реактивности в ядерном реакторе на бегущей волне. 3 н. и 46 з.п. ф-лы, 161 ил.

Изобретение относится к системам управления и защиты (СУЗ) ядерного реактора. Исполнительный механизм СУЗ ядерного реактора содержит привод и канал, внутри которого коаксиально расположена штанга. Штанга соединяет привод с рабочим органом, который расположен под активной зоной реактора с возможностью введения в активную зону реактора под действием привода и/или выталкивающей силы теплоносителя. Канал выполнен в виде направляющей трубы, внутри которой коаксиально расположены трубчатые теплоизоляционные элементы. Штанга расположена внутри трубчатых теплоизоляционных элементов, выполненных по крайней мере двухслойными и из по меньшей мере двух цилиндрических трубчатых элементов. Технический результат - повышение тепловой защищенности соединительных и корпусных частей исполнительного механизма СУЗ. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к системам управления и защиты ядерных реакторов. Устройство управления стержнями (CRDM) содержит направляющий винт, двигатель, закрепленный на резьбе с направляющим винтом для линейного движения направляющего винта в направлении ввода или обратно в направлении изъятия, фиксирующее приспособление, соединенное с направляющим винтом и предназначенное для (i) сцепления с соединительным стержнем и (ii) расцепления от соединительного стержня, и разъединяющий механизм, предназначенный для селективного расцепления фиксирующего приспособления от соединительного стержня. При этом соединительный стержень может свободно двигаться по направлению введения когда отцеплен. Технический результат - повышение быстродействия и надежности устройства управления стержнями. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к системе управления и защиты ядерного реактора, и может быть применено в направляющих гильзах рабочего органа системы управления и защиты ядерного реактора (РО СУЗ) и в инструментах для установки, фиксации и извлечения гильз. Направляющая гильза РО СУЗ содержит чехол для размещения рабочего органа, элемент для прохода и размещения монтажного инструмента и цилиндрический хвостовик, которые неразъемно соединены между собой. Верхняя часть элемента для прохода и размещения монтажного инструмента выполнена с байонетными пазами для образования с ответными выступами монтажного инструмента верхнего байонетного узла. Хвостовик снабжен байонетной втулкой и подпружиненным штоком. Байонетная втулка выполнена с байонетными пазами для образования с ответными выступами втулки напорного коллектора нижнего байонетного узла. Монтажный инструмент содержит головку для захвата механизма перегрузки и хвостовик с выступами. Технический результат - упрощение монтажно-демонтажных работ. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх