Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора

Изобретение относится к области термоядерной техники, в частности к бланкетам гибридных термоядерных реакторов. Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем содержит тепловыделяющие сборки с тепловыделяющими элементами. Топливо тепловыделяющих элементов изготовлено из оксида минорных актинидов. Тепловыделяющие сборки выполнены прямоугольного сечения. Технический результат - увеличение размножающих свойств ядерной зоны модуля бланкета термоядерного реактора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области термоядерной техники, в частности к процессу трансмутации минорных актинидов.

Наиболее близким к заявленному изобретению является модуль бланкета термоядерного реактора, в котором размещены тепловыделяющие сборки (ТВС) с тепловыделяющими элементами («Вопросы атомной науки и техники.», сер. Термоядерный синтез, 2004, вып. 4, с. 3-17, «Возможности керамического бланкета термоядерного реактора ДЕМО-С для трансмутации нептуния в нитридном топливе», А.А.Борисов). В указанном модуле бланкета ТВС выполнены шестигранного сечения, и пространство между ними не используется для трансмутации. В известном модуле бланкета в качестве теплоносителя рассматривают применение воды, гелия или свинца.

Известный модуль бланкета обладает следующими недостатками. Использование в качестве топлива только одного элемента минорных актинидов (нитрида нептуния) помимо усложнения технологии получения топлива приводит к малой эффективности трансмутации. Малая плотность заполнения ядерной зоны модуля бланкета приводит к низкой эффективности трансмутации нептуния во всех трех предлагаемых к применению теплоносителях (воде, гелии, свинце), а использование бериллиевой засыпки в пространстве между ТВС вызывает замедление нейтронов, что приводит к дополнительному снижению эффективности трансмутации.

Также следует отметить, что в случае использования в известном модуле бланкета свинцового теплоносителя требуется предварительный прогрев трактов течения теплоносителя бланкета и поддержание их минимальной температуры на уровне температуры плавления свинца, что приводит к усложнению конструкции. В случае использования газового охлаждения требуется учитывать допустимые ограничения тепловыделения в твэл, определяемые допустимой скоростью прокачки газа-носителя в межтвэльном пространстве, а в случае использования водяного теплоносителя из-за большого давления в элементах с ТВС требуется применение толстостенных оболочек, что увеличивает паразитное поглощение нейтронов. Еще одним недостатком использования воды в качестве теплоносителя является то обстоятельство, что нейтроны дополнительно замедляются и самой водой.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является невысокая производительность ядерной зоны модуля бланкета термоядерного реактора.

Техническим результатом изобретения является увеличение размножающих свойств ядерной зоны модуля бланкета термоядерного реактора.

Указанный технический результат достигается тем, что в модуле бланкета гибридного термоядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащем тепловыделяющие сборки с тепловыделяющими элементами, топливо тепловыделяющих элементов изготовлено из оксида минорных актинидов, а тепловыделяющие сборки выполнены прямоугольного сечения.

Кроме того, в качестве теплоносителя может быть использована натрий-калиевая эвтектика.

За счет использования в модуле бланкета ТВС прямоугольного сечения повышается плотность заполнения ядерной зоны модуля, т.к. минимизируется неиспользуемое пространство в ядерной зоне, и, следовательно, повышаются размножающие свойства ядерной зоны. Вследствие использования оксида минорных актинидов в качестве топлива вместо одного нептуния повышается производительность трансмутации ядер, т.к. в качестве топлива используют более широкий спектр минорных актинидов ОЯТ, и при этом потери размножающих свойств ядерной зоны не происходит. В результате при тех же нейтронных нагрузках на первую стенку производится утилизация не только нептуния, но и других минорных актинидов. Таким образом, обеспечивается увеличение размножающих свойств ядерной зоны модуля бланкета термоядерного реактора, а следовательно, повышается его производительность.

Применение натрий-калиевой эвтектики позволяет отказаться от предварительного прогрева трактов течения теплоносителя и создает более жесткий спектр нейтронов, что также позволяет увеличить размножающие свойства ядерной зоны.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, на которых схематически представлен модуль бланкета термоядерного реактора, и фиг. 3, на которой представлен пример выполнения ТВС с тепловыделяющими элементами.

Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора содержит первую стенку корпуса 1, верхнюю крышку корпуса 2 с расположенными в ней сборным коллектором 3 теплоносителя и сборным коллектором 4 газа-носителя трития, нижнюю крышку корпуса 5 с расположенными в ней раздающим коллектором 6 теплоносителя и раздающим коллектором 7 газа-носителя трития, тыльную плиту 8, ТВС 9 с тепловыделяющими элементами, фиксирующиеся с помощью дистанцирующих решеток 10, и канистры 11 с керамическим бридером.

ТВС 9 с тепловыделяющими элементами с топливом из оксида минорных актинидов собирают в ядерную зону. Фиксацию ТВС 9 в ядерной зоне осуществляют с помощью дистанцирующих решеток 10, в которые также устанавливают канистры 11 с керамическим бридером. ТВС 9 соединены входными/выходными патрубками с раздающим 6 и сборным 3 коллекторами теплоносителя. Сборный 4 и раздающий 7 коллекторы газа-носителя трития соединены с патрубками канистр 11 с керамическим бридером. Ядерная и бридерная зоны расположены и зафиксированы внутри первой стенки корпуса 1.

На фиг. 3 изображен пример выполнения ТВС 9 с тепловыделяющими элементами из оксида минорных актинидов. ТВС 9 содержит чехол 12, крышки с входным 13 и выходным 14 патрубками теплоносителя и тепловыделяющие элементы 15 из оксида минорных актинидов.

Устройство работает следующим образом.

Во время работы термоядерного реактора в плазме образуются нейтроны. Попадая в ядерную зону модуля бланкета, нейтроны при взаимодействии с ядрами минорных актинидов вызывают их деление, что приводит к трансмутации минорных актинидов. Данные процессы сопровождаются выделением энергии. Предварительные нейтронно-физические расчеты показали, что коэффициент эффективности не превышает 0,95, а суммарная тепловая мощность каждой ТВС 9 с минорными актинидами варьируется от 291 кВт в ТВС ближайшего к плазме ряда до 92 кВт в ТВС последнего ряда ядерной зоны. Вторичные нейтроны из ядерной зоны, попадая в бридерную зону, содержащую канистры 11 с керамическим бридером, замедляются и поглощаются ядрами лития, что приводит к наработке трития. Это сопровождается незначительным выделением энергии, снижающимся в пределах от 4.5 до 0.5 Вт/см3 по мере удаления от первой стенки 1, считая от примыкающих к ядерной зоне канистр 11. Для снятия выделяемой при вышеописанных процессах тепловой мощности в качестве теплоносителя используют натрий-калиевую эвтектику, которая через раздающий коллектор 6, расположенный в нижней крышке модуля, поступает в ТВС. Затем, пройдя через ТВС, теплоноситель попадет в сборный коллектор 3, расположенный в верхней крышке модуля, и далее теплоноситель подается в каналы охлаждения канистр с керамическим бридером. Кроме того, за счет повышения температуры теплоносителя при прохождении ядерной зоны, появляется возможность повышения температуры керамического бридера, для ускорения выделения трития из него.

1. Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, содержащий тепловыделяющие сборки с тепловыделяющими элементами, отличающийся тем, что топливо тепловыделяющих элементов изготовлено из оксида минорных актинидов, а тепловыделяющие сборки выполнены прямоугольного сечения.

2. Модуль бланкета по п. 1, в котором в качестве теплоносителя используют натрий-калиевую эвтектику.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обмотке тороидального поля для создания тороидального магнитного поля в термоядерном реакторе. Реактор содержит тороидальную плазменную камеру с центральной колонной, а обмотка тороидального поля содержит тороидальную плазменную камеру с центральной колонной, содержит множество витков, проходящих через центральную колонну и вокруг внешней стороны плазменной камеры.

Изобретение относится к термоядерной технике и используется при создании энергетических термоядерных установок типа токамак. Термоядерный реактор содержит вакуумный корпус и соединенные с ним посредством гибких опор модули бланкета.

Изобретение относится к устройству для электрического соединения внутрикамерных компонентов с вакуумным корпусом термоядерного реактора. Заявленное устройство содержит два идентичных пакета токопроводящих пластин.

Изобретение относится к способу доставки криогенных топливных мишеней (КТМ) для энергетических систем, работающих по схеме управляемого инерциального термоядерного синтеза (ИТС).

Изобретение относится к устройству для исследования термогидравлических характеристик жидкометаллического бланкета термоядерного реактора. Устройство для исследования термогидравлических характеристик свинец-литиевого бланкета содержит вертикальные подъемный и опускной каналы прямоугольного сечения с поворотом потока на 90°, входной и выходной коллекторы.

Изобретение относится к устройствам для встречного разгона нейтральных микрочастиц. Устройство содержит систему управления и состоит из коаксиально установленных двух ускорителей, направленных суженной стороной навстречу друг другу, с зазором и вращающихся относительно друг друга ротора 1 и статоров 10, выполненных так, что на входе ускорителя их диаметры больше, чем на выходе, на взаимообращенных поверхностях которых выполнены выступающие зубцы 3 с винтовыми пазами, идущими в противоположном направлении между ротором и статором с расходящимся от входного к выходному отверстиям ускорителя шагом, с числом зубцов ротора, равным числу зубцов статора и непрерывным зазором между каждым из зубцов статора и ротора, с шириной наружной поверхности зубцов, выполненной в зависимости от угла α их взаимного пересечения, причем в поперечном сечении выступающие зубцы выполнены в виде равнобедренной трапеции в расширенной части ротора и статора ускорителя и приближающимися к равнобедренному треугольнику в суженной его части.

Изобретение относится к способам встречного разгона нейтральных микрочастиц. При вращении ротора 1 внутри неподвижного статора 8, 10 исследуемые образцы (жидкость или газ) поступают во входные окна 18 и затем проходят через зазоры, образованные зубцами статора 10 и ротора 7.

Изобретение относится к устройству для измерения спектральных характеристик плазмы реактора-токамака. Устройство содержит измерительный объем с расположенными в нем катодами и анодом тлеющего разряда, размещенный в стенке вакуумной камеры реактора-токамака, соединенный диагностическим каналом с расположенными за вакуумной камерой средствами измерения спектральных характеристик плазмы с детектором излучения в виде ФЭУ и блоком обработки электрического сигнала.

Изобретение относится к конструкции бланкета термоядерного реактора. В заявленном устройстве предусмотрено наличие по крайней мере одного вертикального металлического модуля с раствором сырьевого материала, соединенного патрубками, расположенными в верхней и нижней части, с контуром естественной циркуляции, содержащим теплообменник, и байпасным контуром с устройством для извлечения из раствора целевых изотопов и радиоактивных отходов.

Изобретение конструкции бланкета термоядерного реактора. Заявленный бланкет состоит из по крайней мере из одного вертикального металлического модуля, нижняя часть которого заполнена кипящим раствором сырьевого материала и соединена патрубком с устройством для извлечения из раствора целевых изотопов и радиоактивных отходов, а верхняя часть заполнена паром и соединена патрубком с паровым контуром циркуляции.

Изобретение относится к области термоядерной техники, в частности к бланкетам гибридных термоядерных реакторов. Модуль бланкета гибридного термоядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем содержит тепловыделяющие сборки с тепловыделяющими элементами. Топливо тепловыделяющих элементов изготовлено из оксида минорных актинидов. Тепловыделяющие сборки выполнены прямоугольного сечения. Технический результат - увеличение размножающих свойств ядерной зоны модуля бланкета термоядерного реактора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх