Негерметичный тепловыделяющий элемент ядерного реактора

 

ОПИСАНИE

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Саюа Саеетсиих

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ

Зависимый от патента №

МПК G 21с 3/04

G 21с 3/20

Заявлено 12/Ч11.1968 (№ 1255458/26-25)

Приоритет 1ЗХП.1967. № 114361, Франция

Комитет по делам иаобретеиий и OTKpblTIIA при Саеете Мииистаав

CCCP

УДК 621.039.54 (088.8) Опубликовано 19.V111.1971. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 14.Х.1971

Автор изобретения

Иностранец

Готрои Морис (Франция) Иностранная фирма

«Коммиссариат а л Эиержи Атомик> (Франция) Заявитель

НЕГЕРМЕТИЧНЫЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯ ЮНИЦИ Й ЭЛЕМЕНТ

ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в ядерных реакторах, охлаждаемых жидким металлом, »апример натр ием, для обеспечения выхода из тепловыделяющегося элемента газообразных прод уктон деления в процессе работы реактора.

Н акопление газообразных продукто в деления приводит к необходимости заключения гопливного материала в прочную оболочку, для обеспечения целостности и работоспособности тепловыделяющето элемента и создания газовых полостей для снижения давления газовых осколков деления., При непосредственном контакте топливотеплоноситель топливный материал разрушается в результате быстрого испарения теплоносителя, про никающего в поры топлива (например, температура керамического гоплива достигает 2500 С, а температура кипения натрия 800 С). Кроме того, беспрепятственное попадание осколков деления в теплоноситель приводит к р адиационному загрязне нию установки.

Для устранения этих недостатков в реак-, торах, охлаждаемых жидким металлом, используют тепловыделяющие элементы с длинными трубочками для выпуска газообразного теплоносителя в газовую полость над тепло-. носителе м, либо создают механические системы (щели, мембраны, пористые пробки) „ допускающие выход газов, но предотвращающие контакт жидкого металла с топливом.

Предлагаемый тепловыделяющий элемент

5 ядерного реактора с жидкометаллическим. теплоносителем отличается тем, что удлиненная трубка — оболочка элемента содержит. две пористые пробки, между которыми в по-. лости р азмещен порошкообр азный. материал.

10 Чистый жид|кий металл может проникать через наружную пористую 1пробку в полость.

Но внутренняя пробка (перед топливным материалом), соприкасаясь с порошком, становится непроницаемой для натрия, 15 Газообразные продукты деления в процессе выгорания топлива накапливаются до создания избыточного давления над теплоносителем (с одновременным распадом короткоживущих изотопов) и, вытесняя жидкий ме20 талл из камеры, проходят через обе пори.стые пробки в теплоноситель.

Порошкообразный материал может. действовать механически, закупоривая пористую пробку как бы микроскопическими клапана25 ми, и/ или как средство повышения поверхносгного натяжения (антисмачивающее действие). В случае использования жидкого натрия в качестве теплоносителя порошкообраз ным материалом может быть окись натЗО рия Na O.

312432

Возможно также применение, порошков щелочных окислов алюминия, кремния, магния или других материалов очень то|нкой гранулометрии с размерами зерен от 1 до

0,01 мк.

На чертеже представлен в разрезе нижний конец тепловыделяю щего элемента с устройством для выпуска газообразных продуктов деления.

Устройство для выпуска газов из тепловыделяющего элемента заключеыо в верт икальную трубку 1, которая является продолжением оболочки канала тепло выделяющего элемента 2 или сборничка, объединяющего несколь ко таких элементов. Внутри трубки плотно закреплена пробка 8, изготовленная из по ристого материала и отделяющая внутреннюю полость тепловыделяюще1го элемента от камеры 4, другой конец которой закрыт пробкой 5, отделяю щей камеру от жидкого металла, циркулирующепо вокруг тепловыделяющего элемента. Пробки 8 и 5 проницаемы для газов и чистого натрия.

Размер пор материала прх>бки 8 подобран таким образом, что пробка становится непроницаемой для жидкого натрия, когда он содержит примеси, увеличивающие поверхностное натяжение натрия, или примеси с определенным размером зерна. Пробка 5 оостоит из пористых слоев б и 7, причем размеры пор уменьшаются в направлении вьиода газообразных продуктов, тем не менее поры внеш них слоев пробки 5 больше пор материала пробки 8. Так, например, пробка 8 изготавливается из такого керамического материала как MgO, А Оз, имеющего поры размером от 0,05 до 0,1 мк, или же из спекаемого материала на основе никеля, имеющего поры размером от 0,10 до 0,50мк.

Внеш ний слой 7 изготавливается из материала, имеющего поры размером от 1 до 5 мк, а внутренний слой б имеет поры размером от 10 до 20 мк.

В камере 4 распыляется материал 8, например, окислы .натрия, который делает пробку 8 непроницаемой. В качестве такого материала используется оки сь натрия или другие порошки, которые вместе с пробкой 8 играют роль микроскопического клапана, Пробка 5 покрыта изнутри слоем 9 окалины нержавеющей стали или другого аналогичного материала. Этот слой задерживает

30 порошок, обеспечивая при этом свободный проход газов через пробку., Принцип работы устройства для выпуска газов следующий,, Тепловыделяющий негерметичный элемент

2 охлаждается жидким металлом (натрием).

Камера 4 заполнена инертным газом. Чистый жидкий натрий проникает в эту камеру через пробку 5, сжимает инертный газ, находящийся в камере, и по мере своего проникнове ния загрязняется распыляемым .материалом. Уровень натрия поднимается до тех пор, пока давление газа в камере не уравновесится давлением натрия. Уро вень свобод ной поверхности расплавленного натрия становится неподвижным. Возмож ность проникновения натрия в тепловыделяющий элемент устранена, так как пробка 8 не проницаема для натрия, загряв ненного окислами., В процессе работы реактора растет давление газообразных осколков деления. Газы начинают вытеснять, окислы, натрия, закрывающие поры пробки 8, проходят в камеру

4 и вытесняют н ат рий до слоя 9, который за-, держи вает расплавленный металл, но пропускает газы, а затем газы продолжают вытеснять натрий, через слои б и 7. Постепенное уменьшение раз мера пор этих слоев обеспечивает одновременно фильтрование прогопяемого через них натрия и газообразных продуктовв дел е н и я .

Предмет изобретения

1. Негерметичный тепловыделяющий элемент ядерного реакт ора, охлаждаемого жидким металлолом, отличающийся тем, что, с целью непрерывного удаления газообразных продуктов деления и предотвращения непо-. средственного контакта топлива с теплоноси-. телем, верхняя часть элемента выполнена в виде камеры с керамическими пробками, отделяющими ее от топлива и теплоносителя, а пространство между пробками, заполнено Iloрошком, например окисью натрия, окисью алюминия, окисью кремния, и слоем порошка из окалины нержавеющей стали.

2. Негерметич ный тепловыделяющий элемент по. п. 1, отличающийся тем, что, размеры пор в наружной пробке уменьшаются в направлении выхода газообразных продуктов, деления, но их минимальный размер не меньше, чем во в и утре иней пробке, 312432

Составитель В. М. Мурогов

Редактор Т. 3. Орловская Техред Т. П. Курилко Корректор Е. В. Исакова

Заказ 2886/15 Изд. № 1165 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр, Сапунова, 2