ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 1996 года по МПК G21C7/10 

Изобретение относится к области ядерной техники, а именно к ядерным реакторам с упругими поглощающими органами.

Известен ядерный реактор, содержащий активную зону и регулирующие стержни [1]
Недостатком этого ядерного реактора является размещение органов регулирования над активной зоной, приводящее к увеличению габаритов реактора и к необходимости использования дополнительного количества топлива для компенсирования перекоса поля энерговыделения, возникающего из-за "одностороннего" ввода поглощающих органов в активную зону.

Кроме того, для регулирования реактора требуется много регулирующих стержней, снабженных индивидуальными приводами, что снижает экономические показатели и надежность реактора.

Наиболее близким по своей технической сути и достигаемому результату является ядерный реактор, содержащий активную зону, в которой с зазорами установлены тепловыделяющие сборки, и упругие поглощающие органы, к которым приложена нагрузка с возможностью изменения ее величины [2]
Недостатком данного ядерного реактора является постоянное присутствие поглощающего материала в активной зоне, приводящее к "паразитному" захвату нейтронов и снижающее эффективность ядерного реактора.

Следует также отметить, что воздействие поглощающего органа, установленного по оси активной зоны, на нейтронный поток распространяется лишь на незначительную часть объема активной зоны. Это снижает безопасность реактора и эффективность системы регулирования.

Кроме того, недостатком устройства является сложность технологических операций при изготовлении поглощающего органа сложной геометрии, что снижает экономические показатели реактора.

Целью изобретения является повышение эффективности реактора путем уменьшения непроизводительного захвата нейтронов и упрощение конструкции поглощающего органа.

Указанная цель достигается тем, что в ядерном реакторе, содержащем активную зону с установленными в ней с зазорами тепловыделяющими сборками и упругие поглощающие органы, к которым приложена нагрузка с возможностью изменения ее величины, поглощающие органы установлены вокруг активной зоны напротив зазоров между тепловыделяющими сборками и к ним приложена нагрузка, деформирующая поглощающие органы в пределах заданного перемещения в сторону активной зоны, а также тем, что один из концов поглощающего органа закреплен с возможностью продольного перемещения, а другой конец либо жестко зафиксирован, либо также закреплен с возможностью продольного перемещения, при этом нагрузка приложена к поглощающему органу перпендикулярно или под углом, или к одному из концов поглощающего органа приложена осевая нагрузка, а другой его конец зафиксирован, при этом нагрузка, деформирующая поглощающий орган, приложена к нему перпендикулярно или под углом, или тем, что один конец поглощающего органа снабжен плечом и к нему приложена нагрузка, деформирующая поглощающий орган в сторону активной зоны, а другой конец поглощающего органа либо зафиксирован, либо к нему приложена осевая нагрузка.

Дополнительной целью изобретения является обеспечение возможности регулирования активной зоны со сложным характером распределения нейтронного потока по ее высоте.

Указанная цель достигается или за счет того, что поглощающий орган разделен на два отрезка, которые жестко зафиксированы в месте их соединения, или за счет того, что поглощающий орган разделен на не менее чем три отрезка, которые соединены шарнирами.

На фиг.1 представлен общий вид ядерного реактора.

На фиг.2 а представлена схема выполнения поглощающего органа, оба конца которого закреплены с возможностью продольного перемещения, к которому перпендикулярно или под углом приложена нагрузка; на фиг.2 б представлена схема выполнения поглощающего органа с приложенной к нему перпендикулярно или под углом нагрузкой, один конец которого жестко зафиксирован, а другой закреплен с возможностью продольного перемещения.

На фиг.3 представлена схема выполнения поглощающего органа с приложенной к нему перпендикулярно или под углом нагрузкой, один конец которого жестко зафиксирован, а к другому приложена осевая нагрузка.

На фиг.4 а представлена схема выполнения поглощающего органа, один конец которого снабжен плечом, и к нему приложена нагрузка, а другой конец поглощающего органа жестко зафиксирован. На фиг.4 б представлена схема выполнения поглощающего органа, оба конца которого снабжены плечом, к которому приложена нагрузка; на фиг.4 в представлена схема выполнения поглощающего органа, один конец которого снабжен плечом, и к нему приложена нагрузка, а к другому концу приложена осевая нагрузка.

На фиг. 5 а изображена кривая нейтронного потока активной зоны с двумя максимумами по высоте; на фиг.5 б представлена схема поглощающего органа, разделенного на два отрезка, зафиксированных в месте их соединения, оба конца которого закреплены с возможностью продольного перемещения; на фиг.5 в представлена схема поглощающего органа, к которому перпендикулярно его оси или под углом приложена нагрузка, поглощающий орган разделен на два отрезка, закрепленных в месте их соединения, а оба его конца закреплены с возможностью продольного перемещения; на фиг.5 г представлена схема поглощающего органа, разделенного на два отрезка, закрепленных в месте их соединения, оба конца которых снабжены плечами, к которым приложена нагрузка.

На фиг.6 а представлена кривая неравномерного распределения нейтронного потока активной зоны по высоте; на фиг.6 б представлена схема выполнения поглощающего органа, разделенного на три отрезка, которые соединены шарнирами, а оба конца закреплены с возможностью продольного перемещения; на фиг.6 в представлена схема выполнения поглощающего органа, к которому перпендикулярно или под углом приложена нагрузка, при этом поглощающий орган разделен на три отрезка, которые соединены шарнирами, а оба конца закреплены с возможностью продольного перемещения; на фиг.6 г представлена схема выполнения поглощающего органа, к которому перпендикулярно или под углом приложена нагрузка, при этом поглощающий орган разделен на три отрезка, которые соединены шарнирами, и один конец поглощающего органа жестко зафиксирован, а другой закреплен с возможностью продольного перемещения.

На фиг.7 а представлена кривая неравномерного распределения нейтронного потока активной зоны по высоте; на фиг.7 б представлена схема выполнения поглощающего органа с приложенной к нему перпендикулярно или под углом нагрузкой, при этом поглощающий орган разделен на три отрезка, которые соединены шарнирами, и один конец поглощающего органа жестко зафиксирован, а к другому концу приложена осевая нагрузка; на фиг.7 в представлена схема выполнения поглощающего органа с приложенной к нему перпендикулярно или под углом нагрузкой, при этом поглощающий орган разделен на три отрезка, которые соединены шарнирами, и один его конец жестко зафиксирован, а другой закреплен с возможностью поперечного перемещения и к нему приложена осевая нагрузка; на фиг. 7 г приведена кривая неравномерного распределения нейтронного поля активной зоны по высоте; на фиг.7 д изображена схема выполнения поглощающего органа с приложенной к нему перпендикулярно или под углом нагрузкой, при этом поглощающий орган разделен на три отрезка, соединенных шарнирами, и один его конец жестко зафиксирован, а к другому приложена осевая нагрузка.

Ядерный реактор включает в себя активную зону 1, в которой с зазорами установлены тепловыделяющие сборки 2. Вокруг активной зоны 1 напротив зазоров установлены упругие поглощающие органы 3, изготовленные, например, в виде металлических оболочек, заполненных поглощающим материалом.

Возможны разные варианты крепления поглощающих органов 3 и приложения к ним деформирующей нагрузки.

Например, оба конца поглощающего органа 3 фиксируют с возможностью продольного перемещения, а нагрузку, деформирующую поглощающий элемент в заданных пределах перемещения в сторону активной зоны, прикладывают перпендикулярно или под углом. Можно также один конец поглощающего органа зафиксировать жестко, другой конец с возможностью продольного перемещения, а деформирующую нагрузку прикладывать перпендикулярно или под углом, или к одному концу поглощающего органа приложить осевую нагрузку, другой конец жестко зафиксировать, и приложить к поглощающему органу деформирующую нагрузку перпендикулярно или под углом.

Возможен также вариант, когда один конец поглощающего органа жестко фиксируют, другой снабжают плечом, к которому прикладывают нагрузку, или когда оба конца поглощающего органа снабжают плечами и к ним прикладывают нагрузку, или когда к одному концу поглощающего органа прикладывают осевую нагрузку, а другой конец снабжают плечом, к которому прикладывают нагрузку.

Кроме того, поглощающий орган 3 может быть разделен, например, на два отрезка 4, закрепленных в месте их соединения, а оба его конца зафиксированы с возможностью продольного перемещения. В этом случае нагрузку к поглощающему органу прикладывают перпендикулярно или под углом или разделяют поглощающий орган 3 на два отрезка 4, закрепленных в месте их соединения, оба его конца снабжают плечом и к ним прикладывают нагрузку.

Существует также вариант, когда поглощающий орган 3 разделяют на три отрезка 4, которые соединяют шарнирами 5, оба его конца фиксируют с возможностью продольного перемещения, а нагрузку к поглощающему органу прикладывают перпендикулярно или под углом, или когда поглощающий орган 3 разделяют на три отрезка 4, которые соединяют шарнирами 5, при этом один конец поглощающего органа жестко фиксируют, другой закрепляют с возможностью продольного перемещения, а нагрузку к поглощающему органу прикладывают перпендикулярно или под углом.

Кроме того, поглощающий орган 3 выполняют из трех соединенных шарнирами 5 отрезков 4 и один конец поглощающего органа жестко фиксируют, а к другому концу прикладывают нагрузку. В этом случае нагрузку к поглощающему органу прикладывают перпендикулярно или под углом.

Когда поглощающий орган 3 разделен на три отрезка 4, которые соединены шарнирами 5, можно один конец поглощающего органа закрепить с возможностью поперечного перемещения и приложить к нему осевую нагрузку, другой конец жестко зафиксировать. В этом случае нагрузку к поглощающему органу прикладывают перпендикулярно или под углом.

Если поглощающий орган 3 разделен на три отрезка 4, которые соединены шарнирами 5, можно также к одному концу поглощающего органа приложить осевую нагрузку, а другой жестко зафиксировать, при этом нагрузку к поглощающему органу следует прикладывать перпендикулярно или под углом.

Ядерный реактор работает следующим образом. К поглощающим органам 3, установленным вокруг активной зоны 1, прикладывают нагрузку, деформирующую поглощающие органы 3 в пределах заданного перемещения в сторону активной зоны 1. Под воздействием этой нагрузки поглощающие органы 3 прогибаются, попадают в зазоры между тепловыделяющими сборками 2 и воздействуют на нейтронный поток в активной зоне 1.

Увеличивая или снижая нагрузку, изменяют величину прогиба поглощающих органов 3 и тем самым регулируют количество поглотителя, введенного в активную зону 1.

В зависимости от характера распределения нейтронного потока по высоте активной зоны выбирают различные варианты крепления поглощающих органов.

В том случае, когда нейтронный поток по высоте активной зоны имеет форму синусоиды, наиболее эффективное регулирование реактора осуществляют с помощью поглощающих органов, один или оба конца которых закреплены, по крайней мере, с возможностью продольного перемещения. При указанном креплении поглощающих органов 3 деформирующую их нагрузку прикладывают либо перпендикулярно, либо под углом к оси поглощающих органов и увеличивают стрелу прогиба стержня до тех пор, пока участок с максимальной кривизной не попадает в зазор между тепловыделяющими сборками 2 активной зоны 1. Меняя количество вводимого в активную зону 1 поглотителя, регулируют характер распределения потока нейтронов по ее высоте.

При синусоидальном распределении нейтронного потока нейтронов по высоте регулирование могут осуществлять также поглощающие органы, у которых по крайней мере один конец снабжен плечом. К этому плечу прикладывают нагрузку, деформирующую поглощающий орган в сторону активной зоны, а другой конец поглощающего органа либо фиксируют, либо к нему прикладывают осевую нагрузку.

В ядерном реакторе с несколькими максимумами потока нейтронов, например двумя, регулирование удобнее всего осуществлять с помощью поглощающих органов, разделенных на два отрезка, зафиксированных в месте их соединения, концы которых установлены с возможностью продольного перемещения. Нагрузку к указанным поглощающим органам прикладывают перпендикулярно или под углом к их оси. В подобном случае нейтронный поток регулируют также поглощающими органами, разделенными на два отрезка, зафиксированных в месте их соединения, концы которых снабжены плечами. К обоим плечам прикладывают нагрузку, при этом деформируют стержни, образуя два прогиба, смещенных относительно центра активной зоны. Регулируя величину прикладываемой нагрузки, меняют стрелы прогибов и количество введенного в разные части активной зоны поглотителя.

Когда характер распределения нейтронного потока в процессе компании меняется хаотично, регулирование проводят, прикладывая нагрузку к одному из отрезков, на которые разделены поглощающие органы.

После осуществления регулирования действующая нагрузка снимается и, так как управляющий орган обладает свойством упругости, он возвращается в исходное положение за пределы активной зоны. Воздействие поглощающего материала на активную зону прекращается. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6

Сущность изобретения: ядерный реактор включает активную зону, в которой с зазорами установлены тепловыделяющие сборки. Напротив зазоров вокруг активной зоны расположены упругие поглощающие органы. При приложении нагрузки к по крайней мере одному концу упругого поглощающего органа он изгибается и входит в зазоры активной зоны. 5 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Ядерный реактор, содержащий активную зону с установленными в ней с зазорами тепловыделяющими сборками и упругие поглощающие органы, к которым приложена нагрузка с возможностью изменения ее величины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности реактора путем уменьшения непроизводительного захвата нейтронов и упрощения конструкции поглощающего органа, поглощающие органы установлены вокруг активной зоны напротив зазоров между тепловыделяющими сборками и к ним приложена нагрузка, деформирующая поглощающие органы в пределах заданного перемещения в сторону активной зоны. 2. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что один из концов поглощающего органа закреплен с возможностью продольного перемещения, а другой конец либо жестко зафиксирован, либо также закреплен с возможностью продольного перемещения, при этом нагрузка приложена к поглощающему органу перпендикулярно или под углом. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что к одному из концов поглощающего органа приложена осевая нагрузка, а другой его конец зафиксирован, при этом нагрузка, деформирующая поглощающий орган, приложена к нему перпендикулярно или под углом. 4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере один конец поглощающего органа снабжен плечом и к нему приложена перенагрузка, деформирующая поглощающий орган в сторону активной зоны, а другой конец поглощающего органа либо зафиксирован, либо к нему приложена осевая нагрузка. 5. Реактор по пп. 1 4, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования активной зоны со сложным характером распределения нейтронного потока по ее высоте, поглощающий орган разделен на два отрезка, закрепленных в месте их соединения. 6. Реактор по пп. 1 3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности регулирования активной зоны со сложным характером распределения потока по ее высоте, поглощающий орган разделен на не менее чем три отрезка, которые соединены шарнирами.