ДЕЗИНТЕГРАТОР АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2001 года по МПК C12M1/33 

Изобретение относится к технике дезинтеграции ассоциатов молекул легкой /H₂O/ и сверхтяжелой /T₂O/ воды в циркуляционных контурах реакторов типа ВВЭР и использованию сверхтяжелой воды в термоядерных реакторах-размножителях /ТЯРР/ на АЭС.

Известен дезинтегратор, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный в корпусе ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00, 1997/, который не обеспечивает дезинтеграцию ассоциатов молекул сверхтяжелой и легкой воды, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы дезинтегратора достигается тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, глухие отверстия выполнены в кольце магнитофора ротора, а полость корпуса сообщена патрубком со сборником смеси легкой и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор со средней частью ректификационной колонны, включающей корпус с поперечными перфорированными перегородками /ППП/, образующими секции, причем секции сообщены друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция сообщена с дефлегматором, который по флегме /конденсату/ сообщен через гидравлический затвор с верхней секцией и по избыточной воде сообщен со сборником, а нижняя секция сообщена с теплообменником и через сборник сверхтяжелой воды - с термоядерным реактором-размножителем /ТЯРР/.

В циркуляционном контуре ВВЭР тритий /T₂/ поступает из поврежденных твэлов, образуется в результате нейтронной активации лития и бора, растворенных в теплоносителе циркуляционного контура, активации дейтерия, содержащегося в теплоносителе в качестве примеси (0,015%), а также при тройном делении ядерного топлива. Дезинтеграция ассоциатов молекул сверхтяжелой и легкой воды основана на том, что сверхтяжелая вода имеет плотность на 33%, а вязкость на 23% выше этих параметров у легкой воды, а температуру 104^oC и осуществление цели приведено в описании работы дезинтегратора в составе реактора ВВЭР и ТЯРР, схематически показанного на фиг. 1, а на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Дезинтегратор включает корпус 1 с патрубками: 2 - входа, 3 - выхода, установленный в корпусе 1 ротор 4 с глухими отверстиями 5, взаимодействующими через кольцевой канал 6 с отверстиями 7. Отверстия 7 выполнены в перфорированном кольце 8, образующем с корпусом 1 полость 9, изолированную от патрубков: входа - 2 и выхода - 3, а глухие отверстия 5 выполнены в кольце 10 магнитофора ротора 4, полость 9 корпуса 1 сообщена патрубком 11 со сборником 12 смеси легкой и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор 13 со средней частью РК 14, включающей корпус 15 с ППП 16, образующими секции 17, сообщенные друг с другом переливными трубами 18, причем верхняя секция 17 сообщена с дефлегматором 19, который по флегме /конденсату/ через гидравлический затвор 20 сообщен с верхней секцией 17, а по избыточной воде - со сборником 21, нижняя секция 17 сообщена с теплообменником 22 и через сборник 23 сверхтяжелой воды с ТЯРР 24, включающим вакуумную камеру 25 с установленными в ней электродами 26 и 27, сообщенными с конденсаторной батареей, а между электродами 26 и 27 по оси вакуумной камеры 25 установлен бланкетный теплообменник из обечаек: 28 - литиевой, 29 - бериллиевой, 30 - графитовой, сообщенных контуром 31 с сепаратором 32. Внутри сборника 23 установлен приводной питатель 33, выполненный с концентричными шприцами 34, взаимодействующими с упором 35, а шприцы 34 по впрыску сообщены с отверстиями 36 кольца 37. С противоположной стороны вакуумной камеры 25 размещено кольцо 38 эжектора, взаимодействующее своими отверстиями 39 с отверстием 40 полой приводной ступицы 41 и с конденсатором 42, который сообщен со сборником 43 гелия. Корпус 1 дезинтегратора патрубками 2 и 3 байпасом 44 сообщен относительно главного циркуляционного насоса 45 контура 46 циркуляции реактора 47 ВВЭР и сепаратора 48.

При работе реактора водо-водяного типа ВВЭР в первичном контуре 46 происходит накопление трития в виде тритиевой /T₂O/ воды, и ее извлечение осуществляют в дезинтеграторе, который патрубками 2 и 3 соединен байпасом 44 относительно главного циркуляционного насоса 45. Отбор воды осуществляют в пределах 1-2% от объема воды контура 46. В кольцевом канале 6 под воздействием кольца магнитофора 10, который представляет собой термостойкий пластик с впрессованным в него ферромагнитным наполнителем и наведенным в нем магнитным силовым полем, происходит деформация водородных связей молекул воды с появлением временных ассоциативных образований молекул обычной и сверхтяжелой воды с длинными линейными цепочками макромолекул. При вращении ротора 4 происходит многократное опорожнение и заполнение глухих отверстий 5. При опорожнении между столбом воды и днищем отверстия 5 возникает разрежение и в воде опорожнения обязуются пузырьки пара, который конденсируются в кольцевом канале 6. Объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара, из которого он образовался, и в воде появляются пустоты, которые схлопываются гидравлическими ударами воды, заполняющей эти пустоты. При схлопывании происходит разрушение водородных связей между ассоциатами линейных макромолекул обычной и сверхтяжелой воды. Плотность ассоциатов молекул сверхтяжелой воды на 33% выше плотности обычной, и сверхтяжелая вода в поле центробежных сил проходит через отверстия 7 перфорированного кольца 8 в полость 9, вытесняя оттуда обычную воду. Выходу сверхтяжелой воды из полости 9 препятствует ее вязкость, которая на 23% выше вязкости обычной воды. Смесь обычной и сверхтяжелой воды из полости 9 по патрубку 11 поступает в сборник 12 и из него по гидравлическому затвору 13 в среднюю часть РК 14. Температура кипения сверхтяжелой воды на 4^oC выше температуры кипения обычной воды, следовательно, она хуже испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с обычной водой. В РК 14 пар поднимается вверх через перфорацию ППП 16, а вода перетекает вниз по переливным трубам 18. Во время перемещения потоков, путем многократных частичных испарений и конденсаций, в верхней секции 17 получают пары почти чистой обычной воды, а в теплообменнике 22 - почти чистую тяжелую воду. Часть паров обычной воды конденсируют в дефлегматоре 19 и через гидравлический затвор 20 конденсат /флегму/ возвращают на орошение в секции 17 РК 14. Сверхтяжелая вода из теплообменника 22 поступает в сборник 23, в котором происходит заполнение шприцев 34 питателя 33. Частота вращения питателя 33 и количество шприцев 34 принимают из условия осуществления порядка 100 впрысков сверхтяжелой воды через отверстия 36 в кольце 37 в камеру 25 ТЯРР 24. Сверхтяжелая вода в камере 25 превращается в пар под воздействием разрежения, создаваемого конденсатором 42. Импульсы впрысков совпадают по фазе с электрическими разрядами электрического тока между электродами 26 и 27 от конденсаторной батареи. Под воздействием температуры электрического разряда пар переходит в плазму при термохимическом разложении в виде электронов, оторвавшихся от атомов и ионов-атомов, потерявших электроны. Отверстия 36 питателя 33 и отверстия 38 приводной ступицы 41 эжектора размещены концентрично электродам 26 и 27 и образуют траектории перемещения плазмы внутри литиевой обечайки 28 в виде спиралей относительно электрических разрядов, следующих один за другим с периодичностью порядка 100 разрядов в секунду. За счет испарения нейтронов с поверхности спиралей и их контакта с обечайкой 28 происходит сжатие спиралей относительно линейного разряда электротока, следующего импульсами между электродами 26 и 27, т.е. появляется плазменная "шуба", препятствующая охлаждению плазмы. Высокоэнергетические ионы воздействуют на литиевую 28 и бериллиевую 29 обечайки бланкета, обеспечивают появление трития, т. е. его размножение в контуре 31 охлаждения бланкета и отвод тепла в сепаратор 32. За счет сопротивления среды внутри бланкета между обечайкой 28 плазменное облако отстает от электроразряда и обеспечивает практическое постоянство наличия "шубы", а следовательно, постоянство распада трития. Образующийся в результате распада трития гелий является неконденсирующейся примесью и отводится при конденсации паров сверхтяжелой воды в конденсаторе 42 в сборник 43. Тепло из конденсатора 42 используют для нагрева сверхтяжелой воды в теплообменнике 22 РК 14. Пар из сепаратора 32 отводят в паровую турбину привода электрогенератора для зарядки батареи конденсаторов и к потребителям энергии.

Холодный термоядерный реактор-размножитель отличается простотой конструкции, прост в обслуживании и эксплуатации.

Симбиоз атомного реактора и ТЯРР открывает новые возможности для атомной энергетики, причем накопление тритиевой воды создает возможности для использования ТЯРР вне пределов АЭС на отдаленных объектах, например на предприятиях агропромышленного комплекса для выработки тепла и электроэнергии в районах Крайнего Севера. Невысокая радиоактивность при работе ТЯРР создает возможности для использования его в транспортных средствах, для оснащения межпланетных кораблей и орбитальных станций.

Изобретение относится к технике дезинтеграции и предназначено для дезинтеграции ассоциатов молекул легкой и сверхтяжелой воды в циркуляционных контурах реакторов атомной электростанции. Дезинтегратор содержит корпус с патрубками входа и выхода, установленный в корпусе ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, выполненными в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода. Глухие отверстия выполнены в кольце магнитофора ротора. Полость корпуса сообщена со сборником смеси обычной и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор - со средней частью ректификационной колонны, верхняя секция которой связана с дефлегматором, который по конденсату через гидравлический затвор соединен с верхней секцией и по избыточной воде - со сборником обычной воды, а нижняя секция сообщена с теплообменником и через сборник сверхтяжелой воды - с термоядерным реактором-размножителем, имеющим вакуумную камеру, в которой установлены электроды и по ее оси - бланкетный теплообменник, сообщенный контуром циркуляции с сепаратором. Внутри сборника сверхтяжелой воды установлен приводной питатель, выполненный с концентричными шприцами, взаимодействующими с упором. Шприцы по впрыску сообщены с отверстиями кольца торцевой стенки вакуумной камеры, взаимодействующими с отверстиями кольца эжектора, размещенного с противоположной стороны торца вакуумной камеры, и с полой приводной ступицей, сообщенной с конденсатором-эжектором. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы дезинтегратора. 2 ил.

Дезинтегратор атомной электростанции, включающий корпус с патрубками входа и выхода, установленный в корпусе ротор с глухими отверстиями, взаимодействующими через кольцевой канал с отверстиями корпуса, отличающийся тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, образующем с корпусом полость, изолированную от патрубков входа и выхода, а глухие отверстия выполнены в кольце магнитофора ротора, при этом полость корпуса сообщена патрубком со сборником смеси обычной и сверхтяжелой воды и через гидравлический затвор - со средней частью ректификационной колонны, включающей корпус с поперечными перфорированными перегородками, образующими секции, сообщенные друг с другом переливными трубами, причем верхняя секция сообщена с дефлегматором, который по флегме (конденсату) через гидравлический затвор сообщен с верхней секцией и по избыточной воде - со сборником обычной воды, а нижняя секция сообщена с теплообменником и через сборник сверхтяжелой воды - с термоядерным реактором-размножителем, включающим вакуумную камеру с установленными в ней электродами, при этом по оси вакуумной камеры установлен бланкетный теплообменник из обечаек: литиевой, бериллиевой, графитовой, сообщенных контуром циркуляции с сепаратором, а внутри сборника сверхтяжелой воды установлен приводной питатель, выполненный с концентричными шприцами, взаимодействующими с упором, причем шприцы по впрыску сообщены с отверстиями кольца торцевой стенки вакуумной камеры, взаимодействующими с отверстиями кольца эжектора, размещенного с противоположной стороны торца вакуумной камеры, и с полой приводной ступицей, сообщенной с конденсатором-эжектором.