ПОГЛОТИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ВОДО-ВОДЯНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C7/10 G21C7/04 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к конструкциям элементов, поглощающих нейтроны: органов регулирования и защиты и стержневых выгорающих поглотителей (СВП) нейтронов, и может быть использовано в водо-водяных реакторах.

Уровень техники.

Одним из направлений в повышении технико-экономических характеристик АЭС является совершенствование топливных циклов за счет рационального использования элементов, содержащих нейтронопоглощающий материал, особенно СВП. Применяемые в составе активной зоны водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР) СВП позволяют выравнивать поле энерговыделения, частично компенсируя при этом запас реактивности на выгорание топлива, что приводит к снижению исходной концентрации борной кислоты в теплоносителе в начале топливных циклов и способствует тем самым обеспечению отрицательного коэффициента реактивности по температуре теплоносителя.

Известен поглотитель нейтронов активной зоны ядерного реактора, содержащий цилиндрическую оболочку, заполненную поглощающим нейтроны материалом в виде таблеток [1]
В данной конструкции выгорающий поглотитель обеспечивает требуемую эффективность в начале кампании реактора, но неполное выгорание поглотителя к концу выгорания топливной загрузки приводит к преждевременной остановке реактора и ухудшению использования топлива.

Снижение исходной концентрации поглотителя нейтронов в СВП до значений, при которых он полностью выгорает, не позволяет обеспечить требуемого распределения поля энерговыделения в начале эксплуатации реактора.

Известен также выгорающий поглотитель, содержащий две концентрические трубки, образующие кольцевую герметичную полость, в которой расположен сердечник из нейтронопоглощающего материала [2]
Выполнение выгорающего поглотителя нейтронов в виде кольцевого слоя улучшает характеристики реактора, поскольку улучшается согласование между величиной выгорания поглотителя и степенью выгорания топлива за счет более эффективного взаимодействия нейтронов с кольцевым слоем поглотителя, что приводит к его более полному выгоранию к концу кампании реактора.

Отсутствие теплоносителя (воды) во внутренней полости выгорающего поглотителя снижает скорость высвобождения реактивности, что обусловлено относительно жестким спектром нейтронов в полости выгорающего поглотителя.

Наиболее близким по технической сущности к описываемому является поглотитель нейтронов активной зоны водо-водяного ядерного реактора, содержащий расположенный внутри оболочки кольцевой сердечник, включающий нейтронопоглощающий материал [3]
Наличие внутренней полости, заполненной теплоносителем, приводит к меньшему вытеснению воды в объеме активной зоны, смягчает спектр нейтронов, а также улучшает теплосъем с поверхности устройства.

Однако в данной конструкции теплоотвод от поглощающего материала более чем на половину происходит через внешнюю оболочку, т.е. в зазоре между направляющим каналом и внешней оболочкой элемента, что создает благоприятные условия для образования различного рода отложений и накипей, которые в последующем препятствуют перемещению органов регулирования по активной зоне при замене СВП или при установке новых органов регулирования.

Сущность изобретения.

Задачей настоящего изобретения является создание выгорающего поглотителя, обладающего достаточно высокими нейтронно-физическими и теплотехническими характеристиками при минимальном объеме конструкционных материалов и оптимальных толщинах и поверхности слоя с нейтронопоглощающим материалом.

Решение этой задачи позволяет получить новый технический результат, заключающийся в уменьшении отложений в каналах органов регулирования.

Данный технический результат достигается тем, что в поглотителе нейтронов активной зоны водо-водяного ядерного реактора, содержащем кольцевой сердечник, включающий нейтронопоглощающий материал, кольцевой сердечник выполнен в виде цилиндрической спирали из порошковой проволоки с наполнителем, включающим нейтронопоглощающий материал.

Отличительная особенность настоящего изобретения состоит в том, что кольцевой сердечник выполнен в виде цилиндрической спирали из порошковой проволоки с наполнителем, включающим нейтронопоглощающий материал, что позволяет существенно увеличить теплосъем внутри самого элемента и уменьшить тем самым количество отложений между внешней поверхностью элемента и направляющим каналом.

В описываемой конструкции витки спирали омываются теплоносителем, проходящим вдоль оси спирали. По этой причине одновременно со стабилизацией теплосъема происходит его увеличение, т.е. имеет место поперечное обтекание теплоносителем витков греющей поверхности элемента.

Кроме того, спираль может быть навита с постоянным или переменным шагом и/или диаметром по высоте активной зоны, а также выполнена многозаходной. Шаг спирали в зависимости от заданного закона энерговыделения можно увеличивать от центра к концам элемента или наоборот, а также монотонно изменять от одного конца к другому.

Целесообразно в качестве нейтронопоглощающего материала использовать бор-10 или гадолиний.

Порошковая проволока может иметь сечение в форме круга или прямоугольника, или квадрата, или любое иное.

Перечень фигур чертежей.

На фиг. 1 изображен общий вид выгорающего поглотителя нейтронов водо-водяного ядерного реактора, на фиг. 2 показано сечение цилиндрической спирали из порошковой проволоки в форме квадрата, на фиг. 3 показано сечение цилиндрической спирали из порошковой проволоки в форме прямоугольника.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Выгорающий поглотитель нейтронов содержит кольцевой сердечник в виде цилиндрической спирали 1, расположенной внутри направляющего канала (трубки) 2. Спираль 1 навита из порошковой проволоки, с композицией 3, включающей нейтронопоглощающий материал. Поглощающая композиция 3 засыпана в оболочку 4, образуя так называемую ампульно-порошковую систему (АПС), технология изготовления которой в настоящее время достаточно известна.

Устройство функционирует следующим образом. Теплоноситель проходит по зазору между внешней поверхностью цилиндрической спирали 1 и внутри нее, осуществляя теплосъем в основном с внутренней поверхности спирали 1, что обусловлено поперечным омыванием греющей поверхности витков спирали 1. В результате даже при наличии кипения в поглощающих элементах, что в принципе маловероятно, существенно улучшенные условия теплосъема не приводят к образованию отложений в зазоре между направляющим каналом 2 и внешней поверхностью спирали. В этом случае отложения локализуются на внутренней поверхности спирали 1, не препятствуя перемещению элемента внутри канала 2.

Сущность изобретения: поглотитель нейтронов активной зоны ядерного реактора содержит кольцевой сердечник, выполненный в виде цилиндрической спирали из порошковой проволоки. Наполнитель порошковой проволоки включает нейтронопоглощающий материал. В результате при омывании теплоносителем поглотителя нейтронов существенно увеличивается теплосъем от внутренней поверхности спирали, что снижает образование отложений в зазоре между внешней поверхностью сердечника и направляющим каналом, что приводит к обеспечению свободного перемещения кольцевого сердечника внутри направляющего канала. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1 1. Поглотитель нейтронов активной зоны водо-водяного ядерного реактора, содержащий кольцевой сердечник, включающий нейтронопоглощающий материал, отличающийся тем, что кольцевой сердечник выполнен в виде цилиндрической спирали из порошковой проволоки с наполнителем, включающим нейтронопоглощающий материал.2 2. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что спираль навита с шагом, равным диаметру порошковой проволоки.2 3. Поглотитель по п.1, отличающийся тем, что спираль навита с переменным по высоте шагом.2 4. Поглотитель по п.1 и/или 3, отличающийся тем, что спираль навита с шагом, увеличивающимся от центра спирали к ее торцам.2 5. Поглотитель по п.1 и/или 3, отличающийся тем, что спираль навита с шагом, уменьшающимся от торцов спирали к ее центру.2 6. Поглотитель по п.1 и/или пп.2 5, отличающийся тем, что спираль навита с постоянным или переменным по высоте диаметром.2 7. Поглотитель по п.1 и/или пп.2 6, отличающийся тем, что спираль выполнена многозаходной.2 8. Поглотитель по п.1 и/или пп.2 7, отличающийся тем, что в качестве нейтронопоглощающего материала использован бор-10 и/или гадолиний.