Способ очистки свинцового теплоносителя энергетических реакторов с активной зоной в виде солевых расплавов

Изобретение относится к созданию энергетических ядерных реакторов нового поколения на быстрых нейтронах, активная зона которых представляет собой расплавленные смеси хлоридов, содержащих делящиеся изотопы непосредственно контактирующими с жидким теплоносителем -расплавленным свинцом. Предложен способ очистки свинцового теплоносителя энергетического реактора с активной зоной в виде солевого расплава. Выводимый из контура теплоносителя ядерного реактора свинец, загрязненный радионуклидами деления (изотопами ниобия, молибдена, технеция, рутения, родия, палладия и серебра), подвергают двукратной электролитической очистке с использованием биполярного свинцового электрода и электролита (хлорид натрия - хлорид свинца с мольным отношением 1:2) при температуре 460-470°C с анодной плотностью тока, не превышающей 0,2 А/см2. Изобретение позволяет очистить свинец от растворимых в нем примесей и от нерастворимых шламов без предварительной операции фильтрования.

 

Изобретение относится к созданию энергетических ядерных реакторов (ЯР) нового поколения на быстрых нейтронах, активная зона (A3) которых представляет собой расплавленные смеси хлоридов, содержащих делящиеся изотопы урана непосредственно контактирующими с жидким теплоносителем - расплавленным свинцом (ТН). В частности, все исследования были проведены для использования предлагаемого способа, - очистки ТН ядерного реактора с активной зоной в виде солевого расплава (Патент РФ №2344500, зарегистрированный 20.01.2009 г. Опубликован 20.01.2009, Бюл.№2).

Часть образующихся при делении ядер урана и плутония радионуклидов деления (РНД) взаимодействуют со свинцом и, как показали наши исследования, образуют с ним сплавы, а чаще суспензии (шламы). К таковым РНД относятся радиоизотопы элементов, обладающих более электроположительными, чем свинец, потенциалами выделения в хлоридных электролитах. А именно: ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий и серебро. Их суммарный выход при делении урана - 235 достигает примерно 220 кг/т урана с общей активностью около 35% от активности всех образующихся РНД. Большая часть из них оказывается в свинце в виде взвесей.

По мере загрязнения свинца его необходимо периодически выводить из контура теплосъема и очищать, не останавливая циркуляции ТН, отбирая его относительно небольшие фракции. Одновременно следует позаботиться о концентрировании выделяемых изотопов ценных металлов, их последующей выдержке для спада активности и получении в чистом виде.

Поскольку очищенный свинец возвращается в контур ТН, естественно, задача глубокой, сильно осложняющей и удорожающей процесс его очистки, не ставится.

Анализ уровня техники рафинирования свинца с использованием солевых расплавов показывает разнообразие предлагаемых решений и достигаемых целей.

Например:

1. Бычков С.И., Подойницын С.В. Технология получения особо чистого свинца для теплоносителя реакторов «Брест-300»; Материалы 2-ой Международной конференции «Металлургия цветных и редких металлов», Красноярск, 2003, с.63-64. Технология ориентирована на получение свинца высокого качества. Она довольно сложна, включает много операций: окислительно-флюсовой обработки, фильтрации расплава, ликвации, вакуумного прогрева расплава и направленной перекристаллизации свинца на специальной установке.

2. Гольдштейн С.Л., Лебедев В.А., Ничков И.О., Распопин С.П.. Авторское свидетельство СССР №1642622/22-1, 5.04.1971 г. Опубликовано Бюл.27, 21.06.1973. «Способ электрохимического осаждения и рафинирования металлов». В этом способе предлагается повысить эффективность процесса рафинирования металлов, в т.ч. свинца, за счет применения импульсных токов. Поведение многих примесей в процессе рафинирования рассмотрено в других наших работах.

3. Козицын А.А., Плеханов К.А., Ашихин В.В., Тропников Д.Л., Ежов В.В., Зайков Ю.П.. Архипов П.А. Патент РФ №RU 2291213 C2, 13.06.2006. Опубликовано Бюл. 1,10.01.2007. «Способ рафинирования свинца от примесей». Достоинство способа в том, что достигается хорошая очистка свинца от сурьмы и серебра при относительно простом оформлении процесса однократного электролитического рафинирования. Существенный недостаток - неприемлемая степень очистки от нерастворимых примесей, в основном от молибдена и ниобия.

Предлагаемый способ позволяет решить две задачи:

1. Очистить свинец от растворимых в нем примесей и от нерастворимых шламов без предварительной операции фильтрования ТН, двукратным электролизом в ванне с промежуточным биполярным электродом. Внутренняя полость электролизера должна быть футерована огнеупорным материалом. Перегородка в ней из этого же материала разделяет полость на две части, которые можно рассматривать как две последовательно соединенные ячейки с общим - биполярным свинцовым электродом, который в первой - черновой ячейке служит катодом, а во второй - чистовым анодом.

2. Не менее важно сконцентрировать и периодически выводить из ванны, накапливающиеся в черновом (первичном) аноде - жидком свинце, шламы ценных радиоактивных элементов-изотопов ниобия, молибдена, технеция, рутения, родия, палладия и серебра

В качестве исходного электролита в черновой и чистовой частях электролизера предлагается одна и та же расплавленная смесь хлоридов NaCl-PbCl2 с мольным отношением 1:2 (температура плавления 410°C). В рабочем режиме электролиза температура 460-470°C и плотность тока на поверхности анода исходного свинца не должна превышать 0,2 А/см2.

При электролизе на аноде первичной ячейки растворяется черновой свинец: Pb-2e+4Cl-=PbCl4-; электроположительные РНД частично останутся в свинце, частично перейдут в шлам. На катоде будет осаждаться свинец по электродной реакции: PbCl4-+2e=Pb+2Cl-.

Таким образом, почти все РНД останутся в первичной ячейке. Биполярный электрод для них - непреодолимая преграда. На аноде вторичной - чистовой ячейки будет растворяться только свинец; на чистовом катоде ее выделяться конечный продукт - очищенный свинец. Его возвращают в контур ТН реактора.

Свинец первичного анода с накопившимися РНД периодически сливают, направляют на длительную выдержку для спада активности до приемлемого уровня, позволяющего извлечь и реализовать драгоценные металлы, позволяет получить концентрат драгметаллов. Выделить электролитически каждый из них и выгодно реализовать можно только после определенной выдержки.

Способ очистки свинцового теплоносителя энергетического реактора с активной зоной в виде солевого расплава, отличающийся тем, что выводимый из контура теплоносителя ядерного реактора свинец, загрязненный радионуклидами деления (изотопами ниобия, молибдена, технеция, рутения, родия, палладия и серебра), подвергают двукратной электролитической очистке с использованием биполярного свинцового электрода и электролита (хлорид натрия - хлорид свинца с мольным отношением 1:2) при температуре 460-470°C с анодной плотностью тока, не превышающей 0,2 А/см2.



 

Похожие патенты:

Заявленное изобретение относится к способу осуществления взрывной реакции, в том числе ядерной или термоядерной. В заявленном способе взрывная реакция осуществляется путем периодического взрывания заряда внутри прочного герметичного корпуса, принимающего образуемую от взрыва энергию, которую отводят из корпуса для ее дальнейшего использования.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способу снаряжения фольгой оболочки тепловыделяющего элемента и устройству для его осуществления, и может быть использовано в процессе изготовления твэлов.

Изобретение относится к высокотемпературной ядерной энергетике и может быть использовано для реновации блоков с органическим топливом. .

Реактор // 2475870
Изобретение относится к теплообменной технике и предназначено для использования в качестве моноблочных корабельных высоконапряженных ядерных энергетических устройств (ЯЭУ) большой единичной мощности.

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР с активной зоной на основе микротвэлов, включающих тепловыделяющие сборки с поперечным течением теплоносителя.

Изобретение относится к эксплуатации главного циркуляционного насоса (ГЦН) в составе реакторной установки с интегральной компоновкой бассейнового типа, охлаждаемой тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.

Изобретение относится к реакторостроению, в частности к конструкциям топливных пучков (14) активной зоны (10) ядерного реактора. .

Группа изобретений относится к конструктивным элементам активной зоны ядерного реактора. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора выполнена с обеспечением возможности расширения содержащегося в ней ядерного топлива. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора включает оболочку, стенки которой герметично закрывают пену ядерного топлива, включающую множество взаимосвязанных открытых полостей или множество закрытых полостей. Полости предоставляют возможность расширения пены в сторону полостей; данное расширение может быть обусловлено выработкой тепла и/или образованием газообразных продуктов деления. Полости сжимаются или уменьшаются в объеме при расширении пены. Давление на стенки оболочки существенно снижается из-за того, что пена расширяется в сторону или даже внутрь полостей, а не в сторону стенок оболочки. Таким образом, полости обеспечивают пространство, в которое может расширяться пена. Технический результат - снижение вероятности выхода продуктов деления в теплоноситель. 7 н. и 147 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в интегральных водо-водяных ядерных реакторах. Интегральный водо-водяной ядерный реактор содержит корпус (1) с составной крышкой, состоящей из центральной части (2) и кольцевой периферийной части (3). В полости корпуса (1) установлены секции (5) парогенератора с трубопроводами (6) пара и воды, проходящими через отверстия, выполненные в кольцевой периферийной части (3) крышки. Между крышкой и секциями (5) парогенератора установлена плита (7) с обечайкой (8). Обечайка (8) установлена на плите (7) и соединена с ней неразъемно, а с кольцевой периферийной частью (3) крышки - разъемно. Плита (7) выполнена с отверстиями, при этом секции (5) парогенератора верхней частью установлены в упомянутых отверстиях и разъемно соединены с плитой (7). Техническим результатом изобретения является улучшение прочностных свойств реактора за счет уменьшения концентраторов напряжения в крышке, а также сокращение времени проведения монтажных и демонтажных работ при одновременном повышении качества их выполнения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерным реакторам для производства изотопов. Реактор содержит бак, заполненный теплоносителем и разделенный герметичной вертикальной перегородкой на бассейн реактора, в котором размещены активная зона и оборудование реактора, и бассейн хранилища, в котором размещены устройства для хранения свежих и отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств. В нижней части вертикальной перегородки выполнена ниша, обращенная к бассейну реактора и открытая со стороны бассейна хранилища, в которой размещен перегрузочный барабан, установленный с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Барабан снабжен по меньшей мере тремя вертикальными ячейками, а в потолке ниши выполнено сквозное загрузочное отверстие. Технический результат - возможность перегрузки изотопной продукции и слитков кремния на работающем реакторе как в штатном, так и в аварийном режимах. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в ядерных реакторах на быстрых нейтронах с нитридным топливом и жидкометаллическим теплоносителем. Способ эксплуатации ядерного реактора осуществляют в замкнутом топливном цикле с переходом в течение нескольких кампаний к работе на нитридном уран-плутониевом топливе в равновесном режиме. В качестве топлива стартовой загрузки используют нитрид обогащенного до 12,5-14 процентов урана, в который вводят нептуний в количестве от 1,5 до 3 процентов от массы тяжелых атомов топлива. Нитрид обогащенного урана содержит изотоп 15N в количестве не менее 80 процентов от общего количества азота. В каждой последующей загрузке содержание изотопа 15N в нитриде смеси топлива уменьшают на 10-30 процентов по сравнению с предыдущим количеством до достижения его природного значения. Техническим результатом является уменьшение массы загружаемого топлива при старте до массы уран-плутониевого топлива равновесного состава, что позволяет исключить корректировку критической массы топлива в переходный период. 2 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в ядерных реакторах на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Способ эксплуатации ядерного реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем осуществляют в замкнутом топливном цикле с переходом в течение нескольких кампаний к работе на уран-плутониевом топливе. В качестве стартовой загрузки используют обогащенное в пределах от 13 до 15 процентов урановое топливо, в которое дополнительно вводят америций в количестве от 2 до 6 процентов от массы тяжелых атомов топлива. Последующие загрузки в переходный период производят топливом, регенерированным из собственного отработанного ядерного топлива с добавкой обедненного урана. Техническим результатом является уменьшение массы загружаемого топлива при старте и в переходный период при одновременном сохранении мощности и изменении реактивности по кампаниям в пределах эффективной доли запаздывающих нейтронов, что позволяет корректировать критическую массу топлива в переходный период путем минимального изменения конструкции активной зоны, а именно уменьшением ее высоты до проектной, предназначенной для работы реактора на уран-плутониевом топливе в равновесном режиме. 2 ил.

Изобретение относится к области преобразования ядерной энергии. Реакторно-лазерная установка с прямой накачкой осколками деления состоит из подкритического лазерного блока с активным веществом (1) и запального импульсного ядерного реактора, окруженного подкритическим лазерным блоком. Активное вещество (1) включает лазерную среду (4), не пороговый делящийся ядерный материал (7) и замедлитель (3) нейтронов. Запальный импульсный ядерный реактор состоит из активной зоны, содержащей делящийся ядерный материал, и модулятора реактивности (5). В качестве делящегося ядерного материала в запальном импульсном ядерном реакторе используют пороговый делящийся ядерный материал (9). В подкритическом лазерном блоке в качестве не порогового делящегося ядерного материала (7) используют, например, уран-233, уран-235, плутоний-239. В запальном импульсном ядерном реакторе в качестве порогового делящегося ядерного материала (9) используют, например, нептуний-237, плутоний-240 и, по меньшей мере, одну активную зону. Технический результат состоит в повышении энергии и мощности импульса накачки лазерной среды. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к водо-водяным ядерным реакторам на тепловых нейтронах. Способ экспериментального исследования перемешивания теплоносителя в действующем ядерном реакторе заключается в том, что системой аварийного ввода бора на любом уровне мощности, в одной или более петлях создают слабую неравномерность в распределении индикатора, который играет роль температурного индикатора до входа в реактор, а в активной зоне - нейтронно-поглощающего индикатора. При этом используют комплекс штатных систем нейтронного и температурного мониторинга на участках циркуляционного контура: до входа в реактор и активную зону, в активной зоне и до выхода из реактора. Для исключения искажений и флуктуации зарегистрированных сигналов применяют обработку малых возмущений сигналов систем мониторинга. Технический результат - возможность проведения исследования непосредственно в процессе нормальной эксплуатации реактора или при вводе его в эксплуатацию. 20 ил.

Изобретение относится к ядерным реакторам на быстрых нейтронах. Реактор 1 содержит корпус 7 реактора, вмещающий активную зону 2 и теплоноситель 21; опорную решетку 13 активной зоны и перегородку 6, расположенную на опорной решетке, которая тянется вверх и окружает активную зону 2 с боковой стороны. Между внутренней поверхностью корпуса 7 реактора и перегородкой 6 расположен промежуточный теплообменник 15, сконфигурированный для охлаждения теплоносителя 21 первого контура, и электромагнитный насос 14, сконфигурированный для нагнетания охлажденного теплоносителя 21 первого контура. Нейтронный защитный экран 8, поддерживаемый верхней опорной плитой 29 сверху, расположен ниже электромагнитного насоса 14. Верхняя опорная плита 29 имеет проем 29а. Между выпуском 14b электромагнитного насоса 14 и верхней опорной плитой 29 расположен механизм 17 направления теплоносителя, сконфигурированный для направления нагнетаемого теплоносителя 21 первого контура из электромагнитного насоса 14 к нейтронному защитному экрану через проем 29а верхней опорной плиты 29. Технический результат - повышение герметичности по теплоносителю первого контура и упрощение ремонтопригодности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в ядерных реакторах на быстрых нейтронах с нитридным топливом и жидкометаллическим теплоносителем. Способ эксплуатации ядерного реактора на быстрых нейтронах с нитридным топливом и жидкометаллическим теплоносителем осуществляют в замкнутом топливном цикле с переходом в течение нескольких кампаний к работе на нитридном уран-плутониевом топливе в равновесном режиме. В качестве топлива стартового загрузки используют нитрид обогащенного урана, в который вводят плутоний в количестве от 2 до 4 процентов от массы тяжелых атомов топлива. Нитрид обогащенного урана содержит изотоп 15N в количестве не менее 80 процентов от общего количества азота. В каждой последующей загрузке содержание изотопа 15N в нитриде смеси топлива уменьшают на 10-30 процентов по сравнению с предыдущим количеством до достижения его природного значения. Техническим результатом является уменьшение массы загружаемого топлива при старте до массы уран-плутониевого топлива равновесного состава, что позволяет исключить корректировку критической массы топлива в переходный период. 2 ил.

Ядерный реактор с жидкометаллическим теплоносителем содержит корпус, внутри которого помещена разделительная оболочка. В кольцевом пространстве между корпусом и разделительной оболочкой установлены, по меньшей мере, один парогенератор и один насос. Внутри разделительной оболочки находится активная зона, над которой расположен горячий коллектор, сообщающийся с парогенератором в его средней по высоте части для разделения потока жидкометаллического теплоносителя на восходящий и нисходящий потоки, или горячий коллектор выполнен сообщающимся с парогенератором в верхней его части для организации противоточного режима теплообмена. Под крышкой реактора расположен верхний горизонтальный холодный коллектор со свободным уровнем теплоносителя, а под парогенератором - нижний сборный коллектор, сообщающийся с верхним холодным коллектором. Вход насоса соединен с верхним холодным коллектором, а выход насоса - с нижним кольцевым напорным коллектором, причем коллекторы разделены горизонтальной перегородкой, причем нижний кольцевой напорный коллектор сообщен с раздаточным коллектором активной зоны. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик реактора. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к созданию энергетических ядерных реакторов нового поколения на быстрых нейтронах, активная зона которых представляет собой расплавленные смеси хлоридов, содержащих делящиеся изотопы непосредственно контактирующими с жидким теплоносителем -расплавленным свинцом. Предложен способ очистки свинцового теплоносителя энергетического реактора с активной зоной в виде солевого расплава. Выводимый из контура теплоносителя ядерного реактора свинец, загрязненный радионуклидами деления, подвергают двукратной электролитической очистке с использованием биполярного свинцового электрода и электролита при температуре 460-470°C с анодной плотностью тока, не превышающей 0,2 Асм2. Изобретение позволяет очистить свинец от растворимых в нем примесей и от нерастворимых шламов без предварительной операции фильтрования.

Наверх