ЦЕЗИЕВАЯ СИСТЕМА ТЕРМОЭМИССИОННОГО РЕАКТОРА-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к ядерным реакторам с термоэмиссионным преобразователям (ТЭП).

Известна цезиевая система ядерных ТЭП, где в качестве рабочего тела применяют пары цезия, служащие для нейтрализации пространственного заряда между катодом и анодом [1]
Известна цезиевая система термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащая генератор паров цезия и конденсатор-термостат с клапанами [2]
В процессе испытаний происходит активация цезия с образованием радионуклида цезий 134 с активностью в конце испытаний 0,5 Ки, представляющего радиационную опасность. Наличие после испытаний внутри конденсатора-термостата химически активного, радиоактивного и пожароопасного металлического цезия приводит к тому, что не удовлетворяются требования к безопасности при разделке оборудования после испытаний, а именно вырезке конденсатора-термостата из контура и отправке его на захоронение.

Целью изобретения является повышение безопасности работы и уменьшение загрязнения окружающей среды за счет химической нейтрализации цезия.

Цель достигается тем, что цезиевая система термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащая генератор паров цезия и конденсатор-термостат с клапанами снабжена герметичной емкостью, в которой установлены сетчатые кассеты с реагентом-оксидом меди, соединенной с пробивным и отсечным клапанами, причем пробивной клапан размещен между герметичной емкостью и отсчетным клапаном, а полость отсечного клапана соединена с конденсатором-термостатом и снабжена трубопроводом подачи газообразного реагента-диоксида углерода. К трубопроводу подачи газообразного реагента подсоединены пробоотборник и увлажнитель, а в качестве реагента в сетчатых кассетах использован гранулированный диоксид меди с размерами гранул, равными 3 5 мм, при высоте слоя гранул, не превышающем 10 мм.

На фиг. 1 дана схема цезиевой системы; на фиг. 2 емкость с кассетами, продольный разрез.

Цезиевая система состоит из блока 1 рабочего тела ядерного реактора 2 с ТЭП, конденсатора-термостата 3, конденсатора-разделителя 4, трубопровода 5 вакуумирования, нагревателей 6. Конденсатор-термостат 3 содержит пробивной клапан 7, отсечной клапан 8, нагреватель 9, термопары 10. С конденсатором-термостатом 3 гидравлически соединена емкость 11, снабженная пробивным клапаном 12, отсечным клапаном 13, штенгелем 14, нагревателем 15, термопарами 16 и 17. Вся система находится в вакуумной камере 18 с радиационной защитой 19.

В емкости 11 размещены сетчатые кассеты 20, в которых засыпаны гранулы 21 из оксида меди. Для разрыва мембраны 22 пробивной клапан 12 снабжен иглой 24. Отсечной клапан 13 снабжен заглушкой 26. Нагреватель 15 снабжен теплоизоляцией 27.

Цезиевая система работает следующим образом.

После вакуумирования полостей через трубопровод 5 по сигналу срабатывает пробивной клапан 7, соединяя внутреннюю полость конденсатора-термостата с блоком 1 и ядерным реактором 2 с ТЭП. После выхода установки на мощность пары цезия через выходной дроссель блока 1 попадают в конденсатор-термостат 3, охлаждаемый водой или воздухом, где пары цезия конденсируются.

Для предотвращения утечки паров цезия в вакуумную систему вместе с конденсируемыми газами используется конденсатор-разделитель 4. После завершения испытаний практически весь цезий будет конденсироваться в конденсаторе-термостате 3. Далее закрывают отсечной клапан 8, разрушают мембрану 22, соединяя таким образом емкость 11 и конденсатор-термостат 3. Включают нагреватель 9 конденсатора-термостата 3, устанавливая в нем температуру 350^oC. Включают нагреватель 15, устанавливая в емкости 11 температуру 300^oC. При этом пары цезия проходят в емкость 11, где, проходя через сетчатые дно и крышку, вступают в химическую реакцию с гранулами 21 из оксида меди. Образуется оксид цезия и восстанавливается медь. После того как весь цезий будет перегнан в емкость 11 и провзаимодействует с оксидом меди, открывают вентиль на трубопроводе 5 вакуумирования и в емкость 11 подают увлажненный диоксид углерода. При наличии в трассе остатков непрореагировавшего цезия произойдет химическое взаимодействие с водой и выделится водород. Путем отбора проб газа и их анализа убеждаются в том, что в системе отсутствует металлический цезий. Продолжают подачу оксида углерода до тех пор, пока образовавшийся оксид цезия полностью не превратится в карбонат, т.е. в химически неактивное, нелетучее и пожаробезопасное состояние.

Проведенные эксперименты показали, что при размерах гранул оксида меди 3 6 мм и высоте слоя не более 10 мм реакция с цезием происходит полностью по всему сечению гранул при 300^oC.

Данная конструкция обеспечивает безопасность и упрощает технологию работ после испытаний.

Сущность изобретения: в цезиевую систему ТРП включена емкость, в которой установлены кассеты с реагентом - оксидом меди и которая соединена с трубопроводом подачи газообразного реагента - диоксида углерода для химической нейтрализации цезия. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Цезиевая система термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащая генератор паров цезия и конденсатор-термостат с клапанами, отличающаяся тем, что, с целью повышения безопасности работ и уменьшения загрязнения окружающей среды за счет химической нейтрализации цезия, система снабжена герметичной емкостью, в которой установлены сетчатые кассеты с реагентом-оксидом меди, соединенной с пробивным и отсечным клапанами, причем пробивной клапан размещен между герметичной емкостью и отсечным клапаном, а полость отсечного клапана соединена с конденсатором-термостатом и снабжена трубопроводом подачи газообразного реагента-диоксида углерода. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что, с целью контроля нейтрализации цезия, к трубопроводу подачи газообразного реагента подсоединен пробоотборник и увлажнитель. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве реагента в сетчатых кассетах использован гранулированный диоксид меди с размерами гранул 3 5 мм, а высота слоя грунл в кассетах не превышает 10 мм.