Подземный ториевый реактор - заявка 2005131766 на патент на изобретение в РФ

1. Подземный ториевый ректор (ПТР) характеризующийся осуществлением в едином энерготехнологическом комплексе следующих наиболее важных научно-технических решений, а именно: применение в качестве ядерного топлива водных суспензий, содержащих делящиеся вещества; создание объединенного реакторного блока с его конструктивным внутренним разделением на автономные реакторные секции; применение в реакторных секциях газо-охлаждаемых активных зон, выполненных в виде набора пластинчатых микроканальных ТВЭЛов, в которых осуществляется раздельная рециркуляция в соответствующих группах микроканалов запального и конвертируемого топлива, а также производится прецизионное управление интенсивностью энерговыделения в таких активных зонах путем смещения в них спектра нейтронов; осуществление без остановки реактора периодического обновления суспензионного ядерного топлива в активной зоне с одновременным выведением из нее ранее отработавшего топлива и аналогичным указанному выведением отработавшего конвертируемого топлива из бланкета в соответствующие инкубационные баки для технологически необходимой их временной выдержки вне активной зоны с отделением при этом из таких суспензионных топлив водной фазы; применение системы дистилляционной очистки указанной водной фазы, периодически отделяемой от временно отработавших суспензионных топлив и дальнейшего отделения от нее накопившихся в ней осколочных элементов с их последующим долговременным сосредоточением в специальных сборных баках реакторных секций; подземное размещение созданного объединенного реакторного блока в гидроизолированном шахтном колодце под защитным слоем воды с соответствующей гидростатической компенсацией веса всего реакторного блока и одновременно с технически особо надежным обеспечением сейсмозащиты; применение комплексной системы улавливания всех образующихся при работе реакторного блока радиоактивных газов и осуществления их долговременного консервирования с результирующим технологически гарантированным исключением каких-либо экологически опасных выбросов в окружающую среду.

2. ПТР по п.1, отличающийся тем, что применяемое в активной зоне реактора первоначальное запальное ядерное топливо представляет собой суспензию, в которой дисперсионной средой является тяжелая вода, а в качестве дисперсной фазы используются металлические микрочастицы, приготовленные из сплавов на основе тория с легирующей присадкой к таким сплавам делящихся изотопов урана и (или) плутония, при этом первоначальное конвертируемое топливо является аналогичной суспензией, но исходно приготовленной из микрочастиц металлического тория или сплавов на его основе без присадки делящихся веществ или с их содержанием менее 1% (весовых), причем указанные топливные микрочастицы технологически создаются с характерными размерами менее 10-ти мкм и самое главное - в их аморфном состоянии, т.е. топливные микрочастицы исходно создаются в состоянии известных металлических стекол.

3. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что создается объединенный реакторный блок, который внутри своего заполненного водой герметичного корпуса разделен на несколько (от 3-х и более) автономных реакторных секций, при этом каждая из них имеет свой герметизированный корпус, также заполненный водой, и содержит собственную газоохлаждаемую активную зону, которая окружена радиальным и торцевым бланкетом с рециркуляцией в нем конвертируемого топлива, и кроме того в каждой реакторной секции смонтированы инкубационные баки для временного размещения в них как запального, так и конвертируемого топлива, а также установлены нижние сборные баки для сосредоточения и долговременного хранения в них образующихся при делении ядер осколочных элементов, и все это оснащено соответствующими исполнительными элементами системы дистанционного управления необходимыми технологическими перемещениями используемых топливных суспензий, и такие автономные реакторные секции состыкованы и скреплены через распорные пластины стяжными предварительно напряженными бандажами, смонтированными в периферийной зоне с результирующим созданием именно объединенного реакторного блока.

4. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что применяемые в активной зоне пластинчатые микроканальные ТВЭЛы выполнены в составе трех, как минимум, функционально разделенных микроканальных групп, из которых условно первая группа предназначена для рециркуляции в ней первоначального запального топлива, вторая - для конвертируемого топлива, а третья - предназначена для заполнения ее газообразным дейтерием с регулируемым давлением с целью соответствующего управления интенсивностью процессов деления ядер в такой активной зоне путем смещения в ней спектра нейтронов.

5. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что применяемое в реакторных секциях суспензионное ядерное топливо без остановки реактора периодически обновляется, причем с выводом таких временно отработавших топлив как из активной зоны, так и из бланкета и направлением их в соответственно оборудованные инкубационные баки для технологически требуемой временной выдержки таких топлив вне активной зоны реактора, в частности, для создания условий превращения значительной части образующегося про-тактиния-233 в уран-233 именно вне активной зоны, и при этом водная фаза из временно отработавших суспензионных топлив в инкубационных баках отделяется путем отстоя и (или) фильтрации и направляется в сборные баки, смонтированные в нижней части реакторных секций.

6. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что для обеспечения долгосрочного функционирования каждой реакторной секции, внутри объединенного реакторного блока смонтирована система периодической дистиляционной очистки водной фазы, выделяемой из временно отработавших суспензионных топлив, включающая в себя принципиально известную аппаратуру для осуществления процессов испарения водной фазы в нижних сборных баках реакторных секций, в которые она периодически подается из инкубационных баков, с последующей конденсацией образующихся водяных паров и сосредоточением получаемой очищенной воды в соответствующих накопительных емкостях, расположенных над реакторными секциями, для осуществления в дальнейшем повторных циклов приготовления топливных суспензий в очередных инкубационных баках, из которых затем осуществляется обновление ядерного топлива соответствующей подачей вновь приготовленных топливных суспензий в активную зону и бланкет соответственно.

7. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутри объединенного реакторного блока на соответствующих горизонтальных площадках для обеспечения технологического функционирования реакторных секций смонтировано все необходимое вспомогательное оборудование, а именно: газодувки контуров охлаждения активных зон и общий для них газовый ресивер; парогенераторы и теплообменные аппараты; конденсаторы и емкости для жидкостей и газов, в частности, в составе вышеуказанной системы дистилляционной очистки водной фазы суспензионных топлив, а также аппаратура для систем электропневматического и газогидродинамического управления используемыми жидкими средами, включая соответствующие исполнительные элементы и другие агрегаты и устройства, включая передачу необходимой информации на внешний центральный пульт управления атомной электростанции (АЭС) в целом.

8. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что за счет применения в объединенном реакторном блоке принципиально известных технических средств автоматического поддержания заданных давлений, в замкнутых контурах рециркуляции газового теплоносителя установлено давление величиной равной или превышающей давление в контурах рециркуляции суспензионных топлив через активные зоны, а внутри корпусов реакторных секций установлено давление равное или превышающее давление в контурах рециркуляции конвертируемых топлив через соответствующие панели бланкета.

9. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что при изготовлении реакторных секций, наряду с использованием известных традиционно применяемых в активных зонах реакторов конструкционных материалов, в качестве основных базовых материалов применяются аморфизированные металлы и (или) стеклоуглерод.

10. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что объединенный реакторный блок размещен в донной части гидроизолированного шахтного колодца, который заполнен защитным слоем воды с обеспечением гидростатической компенсации веса реакторного блока и связанных с ним внешних трубопроводов, при этом внутренний диаметр шахтного колодца превышает диаметр объединенного реакторного блока на величину, определяемую из соответствующих оценок сейсмической активности конкретного места размещения предлагаемого энерготехнологического комплекса, а для дополнительного оперативного регулирования величины остаточной плавучести объединенного реакторного блока его внешний корпус по периметру оснащен вертикальными кессонными камерами.

11. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что для повышения уровня общей сейсмозащиты внешние трубопроводы, жестко связанные в своей нижней части с объединенным реакторным блоком, в верхней части оборудованы соответствующими мембранно-диафрагменными сильфонами.

12. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что в составе созданного энерготехнологического комплекса применяется вспомогательная система сбора всех образующихся в процессе функционирования объединенного реакторного блока радиоактивных газов и их последующего долговременного надежного консервирования в специальных газовых контейнерах, при этом такая система оборудована в герметизированном технологическом блоке, который установлен на дне дополнительного шахтного колодца под защитным слоем воды.

13. ПТР по п.1 или 2, отличающийся применением известных элементов криогенных технологий для создания в составе энерготехнологического комплекса специального контура рециркуляции гелия барботажем через все зоны возможного газовыделения с последующим сжижением всех газов вынесенных таким продувочным гелием, в том числе трития и криптона-85, с применением сильфонных газовых и жидкостных нагнетателей.

14. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что для предельно надежного исключения выхода в окружающую среду каких-либо газообразных веществ из зоны расположения объединенного реакторного блока, а также из вышеуказанной вспомогательной системы сбора газа и его консервирования, в верхней части заполненных водой шахтных колодцев смонтированы куполообразные газонепроницаемые уловители газов с диаметрами их нижних кромок сопоставимыми с внутренними диаметрами соответствующих шахтных колодцев подводного размещения указанных объектов, а на внешних защитных крышках шахтных колодцев установлены холодильные устройства для создания дополнительного герметизирующего слоя льда.

15. ПТР по п.1 или 2, отличающийся тем, что для обеспечения только строго санкционированного доступа к внутреннему пространству подземного реакторного блока и особенно доступа к топливным бакам реакторных секций, применяются две идентичные шлюзовые камеры, одна из которых смонтирована на верхней защитной крышке, закрывающей водную поверхность вертикального шахтного колодца, а вторая - на крышке самого реакторного блока с соответствующим использованием роботизированного подводного аппарата для погружения и прохода через шлюз реакторного блока с целью выполнения конкретно заданных работ и затем последующего всплытия и возвращения в верхний шлюз, а для гарантированного полного исключения какого-либо несанкционированного доступа к реакторным отсекам в конструкции указанных агрегатов и устройств, начиная с верхней защитной крышки, применяются зашифрованные кодовые замки с соответствующей внешней сигнализацией и автоматическим оповещением специальной служб, в том числе международного контрольного агентства.

Наверх