Ядерный реактор на быстрых нейтронах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ (н1 490187

Союз Советских

Социалистических

Республик

ыиай (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 31.03.72 (21) 1765990, 26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 30.10.75. Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания 24.02.76 (51) М. Кл. G 21с 1/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.039.55 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Силаев, А. Н. Шмелев, В. Г. Илюнин, И. А. Кузнецов и В. М, Мурогов

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (71) Заявитель (54) ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР HA БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

Изобретение относится к области ядерной энергетики.

Известна конструкция активной зоны ядерного реактора на быстрых нейтронах (типа

БН-350, БН-600). Активная зона известного ядерного реактора состоит из радиальных подзон, содержащих топливные пакеты с тепловыделяющими элементами с сердечником из однородного топливного материала — двуокиси урана и плутония.

Однако коэффициент воспроизводства реактора с такой активной зоной хотя и превышает единицу, но существенно ниже коэффициента воспроизводства, например, реакторов на металлическом топливе. В то же время использование в тепловыделяющих элементах активной зоны быстрого реактора металлического топлива либо невозможно, либо затруднено.

Это связано с тем, что требование обеспечения высоких параметров термодинамического цикла приводит к тому, что максимальная температура на оболочке тепловыделяющих элементов достигает величины 680 †7 С, в то время как допустимые температуры в металлическом топливе и на контакте топливо— оболочка лизки (без учета факторов перегрева соответственно =570 — 610 С и =490 — 510 С).

Цель изобретения — увеличение темпа воспроизводства при сохранении высоких температурных параметров.

Это достигается тем, что в предлагаемом ядерном реакторе по крайней мере часть радиальных подзон разбита по высоте не менее чем на две части с различным топливным ма5 териалом в подзонах, например, в виде керамики и металла.

Обогащение топлива уменьшается по ходу теплоносителя.

В частях подзон со стороны входа теплоно10 сителя размещено металлическое топливо, а со стороны выхода — керамическое, причем металлическое топливо занимает до 2/3 высоты активной зоны.

Радиальные подзоны активной зоны содер15 жат топливные пакеты, состоящие из кожуха, в котором заключены тепловыделяющие элементы двуx типов. Тепловыделяющие элементы могут представлять собой, например, единыс по всей длине активной зоны трубки, одна

20 часть которых содержит металлическое топливо, другая — керамическое. Возможно использование двух раздсльных сборок тепловыделяющих элементов: в нижней части пакета устаHoB;ILHà решетка тепловыделяющих элементов

25 с металлическим топливом, а в верхней части пакета — решстка тепловыделяющих элементов с окнсным топливом. Прн этом диаметры тепловыделяющих элементов могут быть пе. ремепнымп по высоте. Это способствует улуч30 шению физических характеристик ядерного

4TI0187

На Иа металл;!чеокисноз! топливе ском топливе

Г!редлагаемый

Ядерный реактор

3750

1500

3750

1500

31

: 200 †3

W „,.„мвт

Мощность Г, „мвт к.п.д., Энергонапря!кенность горючего линейная, вт1сз! в цикле, кг-гор/мвт (э. )

Коэффициент воспроизводства

Врези! удвоения

T2(Ãoä! 1 в-=0, о г

500 †7

2,5

1,8

1,4

1,7

4 — 5

8 — 10

0 — 8

Составитель В. Мурогов

Текрсд ?.. Подурушииа

Корректоры: А, Николаева и Е. Давыдкина

Редактор Т, Рыбалова

Заказ 3337, 19 Изд, М 1956 Тираж 529 Подпис::oo

LII-IИ11ПИ Государственно"o коз:итета Совета Министров СССР по делам изооретсщгй и открытий

Москва, )К-35, Рау!нская наб., д. 4/5

Типография, ир. Саи иова, 2 реаКТ0ра (yI3e..!Ичивается коэффициент 13оспрОизводства).

Между двумя раздельными сборками тепловыде1яющих элементов в средней части пакета образуется пространство (размером 5—

10 см), занятое конструкционным материалом и теплоносителем. Это несколько уменьшает коэффициент воспроизводства, однако улучшает (делает более отрицательным) натриевый коэффициент реактивности, что важно*для безопасности быстрых реакторов большой мощности. Замена в нижней части пакета активной зоны окисного топлива I!а металлическое обеспечивает дополнительное выравнивание по высоте профиля поля тепловыделения как за счет изменения плотности, так и обогащения материала, позволяющее допол1!Нтсльно поднять эффективность использования металлического топлива в реакторе, его энергонапряженность. Размер металли !еско" о топлива ограничивается допустимыми величинами температур в центре тепловыделяющих элементов и на контакте топливо- — оболочка.

В ядерном реакторе, например, в периферийной части активной зоны размещена низкотемпературная подзона (температура теплоносителя на выходе из реактора (toi..=400 С).

В низкотемпературной подзоне находятся пакеты с металлическим топливом ((ц(610 С, !

„-(510 C). В центре активной зоны расположена высокотемпературная подзона (температура теплоносителя на выходе из реактора („ь,,- = 540 †5 С). Высокотсмпературная подзона загружена пакетами, состоящими из 1вух частей: в нижней части пакетов размещено металлическое топливо (t„(610 С, t, (510 C), в верхней части пакетов на выходе теплоносителя из высокотемпературной подзоны — окпсное топливо (1„(2500 С, too 710 C)

Активная зона окружена торцовой и боковой зонами воспроизводства с металлическим природным или обедненным ураноуI. Такая конструкция активной зоны ядерно"o реактора позволяет наиболее оптимальным образом очетать свойства окисного (высокотемпературного) и металлического (низкотсмпсратурного) топлива, т. е. наряду с тем, что Основ:-Ib!e ядерно-физические процессы в реакторе происходят в жестком, наиболес оптимальном для воспроизводства, спектре нейтронов, обепечивается высокий к.п.д. тсрз!Одпнамичсскоо цикла (к.TI.TI. = 40 "о прн параметрах пара перед турбиной t= 505 С; р= 130 ать).

Увеличение коэффициента воспроизводства за счет использования металлического топлиза составляет примерно 0,2 — 0,3. Это обеспс1О

25, 10

1О

55 чивает рост темпа воспроизводства горючего приблизительно на 20 — 40о1о (при сохранении энергонапряжснности горючего в топливном цикле).

В таблице показано, как улучшаются характеристики быстрых реакторов при использовании металлического топлива.

Известно, что с точки зрения использования в виде металлического сплава урановое топливо технологически предпочтительнее по сравнешно с плутониевым. В связи с этим целесообразно в нижней части пакетов использовать х!е,ал,-IH !еское TOII IBo: 1 зз — 1 ззз II.пи 1 язз

L а в верхней части пакетов — тепловыделяющие элементы с окисным топливом Pu02—

LO . Это способствует выравниванию и стабилизации профиля поля тепловыделения по высоте активной зоны.

11редмет изобретения

1. Ядерный реактор на быстрых нситрОнах, включающий активную зону с радиальными подзонами. отл и ч а ю щийся тем, что, с целью увеличения те !па воспроизводства 11pII сохранении высоких температурных параметров теплоносителя. IIo крайней мере часть радиа II IIbIx подзон разбита по высоте не монсе чем на .!ве части с разли Рным топливным материалом в подзонах, например. в виде керамики и металла.

2. Ядерный реактор по и. 1, о т л и ч а ющи йс я тем, что обогащение топлива уменьшается по ходу теплоносителя.

3. Ядерный реактор по пп. 1 и 2, о т л и ч а 1ощийс я тем, чго в частях подзон со стороны входа теплоносителя размещено металлическое топливо, а со стороны выхода — керамическое, причем металлическое топливо занимает до 213 высоты активной зоны,