СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1995 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть применено в термоядерных реакторных установках.

Известно техническое решение термоядерной электрической установки, содержащее контур охлаждения бланкета жидким металлом-сплавом на основе свинца. Недостатком данного технического решения является усложнение эксплуатации вследствие наличия специального литиевого контура (с литием для наработки трития), кроме того требуется решение проблемы стойкости конструкционных материалов в литии, вопросов безопасности и др.

Известна система преобразования энергии опытного термоядерного реактора (ОТР) с трубчатым жидкометаллическим трактом охлаждения, выбранная в качестве прототипа. Система преобразования энергии термоядерного реактора содержит бланкет с каналами охлаждения жидкометаллическим теплоносителем, источник наработки трития с каналами прокачки через бланкет литийсодержащего материала, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, циркуляционный насос, выходной и напорный коллекторы.

В состав системы преобразования энергии с трубчатым трактом охлаждения входят: первая стенка с каналами охлаждения; трубчатая система литиевой зоны; трубчатая система урановой зоны, силовой корпус с радиационной защитой, разъемы для стыковки и расстыковки многотрубчатого пучка подводящих и отводящих труб, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, насос, выходной и напорный коллекторы. Недостатком данного технического решения также является усложнение эксплуатации вследствие введения в состав бланкета каналов специального контура с Li₁₇Pb₈₃, находящимся в расплавленном состоянии и высокоагрессивным по отношению к современным конструкционным материалам (сталям и др.).

Целью изобретения является упрощение конструкции и эксплуатации бланкета термоядерного реактора. Поставленная задача достигается за счет того, что в системе преобразования энергии термоядерного реактора, содержащей бланкет с каналами охлаждения жидкометаллическим теплоносителем, источник наработки трития с каналами прокачки через бланкет литийсодержащего материала, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, циркуляционный насос, входной и напорный коллекторы. Литийсодержащий материал выполнен в форме шаров, каналы прокачки литийсодержащего материала совмещены с каналами теплоносителя, при этом к трубопроводам подвода теплоносителя к бланкету подключена емкость с узлом ввода литийсодержащих шаров в каналы бланкета, а к трубопроводам отвода теплоносителя от бланкета подключена емкость с узлом сбора шаров и устройством выделения наработанного трития из шаров, причем литийсодержащие шары выполнены из ситаллов, а узлы ввода и сбора шаров снабжены шнеками.

На чертеже приведена предлагаемая система.

Вокруг тороидальной камеры 1 термоядерного реактора типа ТОКОМАК размещены каналы 2 охлаждения жидкометаллическим теплоносителем (свинцом и эвтектическим сплавом свинец-висмут), подключенные к выходному ("горячему") коллектору 3. Последний связан трубопроводом с напорной аккумулирующей емкостью 4, выходной патрубок которой соединен с пароперегревателем 5 и испарителем 6 парогенератора. Последний посредством трубопровода сообщен со сливной аккумулирующей емкостью 7 с размещенными в ней главным циркуляционным насосом 8, напорный патрубок которого подключен к напорному ("холодному") коллектору 9. В каналах 2 бланкета помещен выполненный в виде шаров 10 керамический литийсодержащий материал-ситалл. К каналам 2 подключена емкость 11 загрузки ситалловых шаров с газовыми штуцерами и загрузочным люком 12. Емкость 11 сообщена со шнековым устройством 13 ввода шаров 10 из емкости 11 в трубопровод, каналов 2 охлаждения бланкета, к выходному ("горячему") участку трубопровода каналов охлаждения бланкета подключена через задвижку 14 емкость 15 (экстрактор) выведения отработанного трития с электрообогревом и газовым штуцером. В емкости 15 установлено шнековое устройство 16 выгрузки шаров. В напорном и сливном участках трубопроводов установлены перфорированные решетки 17, исключающие поступление шаров из бланкета в аккумулирующие емкости, парогенераторы и главный циркуляционный насос. К газовому объему сливной емкости подключена система выведения трития из газа, например, окислением с последующей конденсацией образовавшихся паров или др.

Работа предлагаемого технического решения осуществляется следующим образом. Через люк 12 производится загрузка шаров 10 в емкость 11. После заполнения контура жидкометаллическим теплоносителем с циркуляцией теплоносителя (с расходом существенно меньше номинального и соответствующего, например, расходу жидкометаллического теплоносителя (ЖМТ) в нерабочем участке цикла с "погасшей" плазмой или без циркуляции включается шнековое устройство 13 и ситалловые шары, имеющие плотность меньше, чем плотность ЖМТ, заполняют каналы 2 бланкета. Задвижка 14 при этом закрыта. Количество поданного в бланкет литийсодержащего материала контролируется либо по полному удалению шаров из емкости 11, либо по появлению шаров перед задвижкой 14, либо другим способом.

Далее термоядерный реактор вводится в работу по прямому назначению. Решетки 17 исключают вынос шаров в остальные участки контура ЖМТ как при нормальной циркуляции, так и при прекращении циркуляции. Выделяющееся в шарах за счет нейтронно-физических реакций тепло отводится омывающим их ЖМТ. В случае утечки трития из шаров он поступает в газовый объем контура ЖМТ, откуда выводится системой 18. Основная масса образующегося из лития трития находится в объеме материала шаров. По истечении промежутка времени, необходимого для наработки из лития трития, производится гидровыгрузка шаров 10 из каналов 2 бланкета в емкость 15 путем открытия задвижки 14, выгрузка может производиться в экстрактор порциями с последующим нагревом и вакуумированием последнего, либо полностью с выводом шаров из емкости 15, например, шнековым устройством 16 для последующей переработки вне контура.

Дозагрузка емкости 11 через люк 12 производится при уменьшении расхода и соответственно давления ЖМТ в этой емкости. Дозаполнение шарами 10 каналов 2 повторяется аналогично описанному выше.

Использование: ядерная техника. Сущность изобретения: система преобразования энергии содержит бланкет с каналами охлаждения жидкометаллическим, например, свинцовым или свинец-висмутовым теплоносителем. Система содержит также источник наработки трития, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, главный циркуляционный насос, выходной и напорный коллекторы. Литийсодержащие ситаллы выполнены в форме шаров. К трубопроводам подвода теплоносителя к каналам бланкета подключена емкость загрузки ситалловых шаров и устройство, например шнековое, их ввода из этой емкости в трубопроводы бланкета. К трубопроводам отвода теплоносителя от каналов бланкета подключены емкость сбора шаров с устройством выведения, например, вакуумированием с нагревом, наработанного трития из литийсодержащего материала. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащая бланкет с каналами охлаждения жидкометаллическим теплоносителем, источник наработки трития с каналами прокачки через бланкет литийсодержащего материала, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парагенератор, циркуляционный насос, выходной и напорный коллекторы, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и эксплуатации, литийсодержащий материал выполнен в форме шаров, каналы прокачки литийсодержащего материала совмещены с каналами теплоносителя, при этом к трубопроводам подвода теплоносителя к бланкету подключена емкость с узлом ввода литийсодержащих шаров в каналы бланкета, а к трубопроводам отвода теплоносителя от бланкета подключена емкость с узлом сбора шаров и устройством выделения наработанного трития из шаров. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что литийсодержащие шары выполнены из ситаллов. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что узлы ввода и сбора шаров снабжены шнеками.