ПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ Российский патент 2003 года по МПК G21C7/04 G21C7/10 

Описание патента на изобретение RU2202131C1

Изобретение относится к ядерной технике и касается конструкции поглощающих элементов органов регулирования и защиты ядерных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем, в частности с расплавом натрия.

Уровень техники
Поглощающие элементы в составе рабочих органов регулирования: регулирующие стержни (PC), компенсирующие стержни (КС) и стержни аварийной защиты (AЗ) должны обеспечивать нормальную эксплуатацию ядерного реактора, включая его пуск, работу на мощности, маневрирование на переходных режимах, а также экстренный аварийный останов реактора. Безусловным требованием к поглощающим элементам является достаточность их физической эффективности для компенсации всех эксплуатационных изменений реактивности как по абсолютному значению, так и по скорости в течение заданного ресурса работы без превышения допустимых для нормальной эксплуатации пределов повреждения тепловыделяющих элементов активной зоны реактора.

Известен стержневой тепловыделяющий или поглощающий элемент ядерного реактора, содержащий оболочку, заполненную поглощающим нейтроны материалом, и концевые детали (DE 2633352, G 21 С 3/04, 26.01.1978). В верхней концевой детали выполнено выпускное отверстие, закрываемое мембраной. При повышении давления газообразных продуктов деления, находящихся под оболочкой, соответственно повышается давление под мембраной, поскольку газообразные продукты деления попадают в полость под мембраной по зазорам между резьбой винта, ввинченного в концевую деталь, и ответной резьбой, выполненной в верхней концевой детали. Винт выполняет функцию дросселя и при разрыве мембраны замедляет скорость потока газообразных продуктов деления.

Наиболее близким к настоящему изобретению является поглощающий элемент ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащий поглощающий нейтроны материал, расположенный в оболочке, торцы которой заглушены верхней и нижней концевыми деталями, имеющими посадочные места, и средство для вывода газов из газосборника оболочки (GB 1225947, G 21 С 7/10, 24.03.1971). В известном устройстве газы, в частности гелий, образующиеся под воздействием ионизирующего излучения, выводятся из газосборника через шаровой клапан, или через пористую пробку из спеченного никелевого порошка, или через сквозное отверстие, выполненное в верхней концевой детали. При наличии в верхней концевой детали сквозного отверстия в нижней концевой детали выполнены три сквозных отверстия, минимальный диаметр которых составляет 6 мм. Расплав натрия поступает через эти отверстия в полость оболочки, заполняет поры в поглощающем нейтроны материале и выводится вместе с газами через сквозное отверстие в верхней концевой детали. В результате вместе с газообразными продуктами в теплоноситель могут попадать и твердые радиоактивные вещества, существенно повышающие загрязненность жидкого теплоносителя - расплава натрия. Кроме того, поток теплоносителя, поступающий через отверстия в нижней концевой детали, оказывает разрушающее воздействие на поглощающий нейтроны материал, который, попадая в теплоноситель, приводит к нарушению нейтронно-физического баланса активной зоны.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка и создание поглощающего элемента ядерного реактора на быстрых нейтронах, обладающего улучшенными параметрами.

В результате решения данной задачи возможно получение технических результатов, заключающихся в снижении загрязнения теплоносителя и исключении разрушения поглощающего нейтроны материала скоростным потоком теплоносителя.

Данные технические результаты достигаются тем, что в поглощающем элементе ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащем поглощающий нейтроны материал, расположенный в оболочке, торцы которой заглушены верхней и нижней концевыми деталями, имеющими посадочные места, и средство для вывода газов из газосборника оболочки, средство для вывода газов из газосборника оболочки выполнено в виде кольцевого зазора между оболочкой и посадочным местом верхней концевой детали, и двух пересекающихся отверстий, выполненных в верхней концевой детали, причем одно отверстие выполнено глухим вдоль продольной оси элемента со стороны открытого торца верхней концевой детали, а другое - сквозным и открыто в кольцевой зазор, причем длина L кольцевого зазора выбрана от 4,73 мм до 5,67 мм, ширина δ кольцевого зазора составляет от 0,038 до 0,132 L, а диаметр D отверстий выбран от 2,87 до 3,62 мм.

Отличительная особенность настоящего изобретения заключается в том, что средство для вывода газов из газосборника оболочки выполнено в виде кольцевого зазора между оболочкой и посадочным местом верхней концевой детали и двух пересекающихся отверстий, выполненных в верхней концевой детали, причем одно отверстие выполнено глухим вдоль продольной оси элемента со стороны открытого торца верхней концевой детали, а другое сквозным и открыто в кольцевой зазор. В результате газосборник оболочки имеет возможность сообщения с внешним пространством по тракту: кольцевой зазор - сквозное отверстие - глухое отверстие. По указанному тракту, с одной стороны, в теплоноситель выводятся из газосборника газы, а с другой стороны, внутрь оболочки поступает теплоноситель. Для гарантированного вывода из оболочки газов и обеспечения поступления внутрь оболочки теплоносителя необходимо выполнить отверстия и кольцевой зазор с определенными размерами. Экспериментально установлено, что длина L кольцевого зазора должна быть выбрана от 4,73 до 5,67 мм, ширина δ кольцевого зазора - от 0,038 до 0,132 L, a диаметр D отверстий следует выбрать от 2,87 до 3,62 мм. Выбор указанных размеров обусловлен гидравлически сопротивлением тракта, в котором имеются участки с резким изменением профиля тракта, например резкое сужение потока газов на входе в кольцевой зазор, существенный поворот потока газов на входе в сквозное отверстие и на входе в глухое отверстие. При несоблюдении вышеуказанных размеров кольцевого зазора и отверстий возможно исключение поступления теплоносителя внутрь оболочки вследствие запирания тракта выходящими газами или вывод достаточно больших пузырьков газов, воздействующих как поршень на теплоноситель в тракте. Таким образом, только указанные размеры средства для вывода газов из газосборника оболочки позволяют обеспечить надежный и слабовозмущенный массообмен между полостью оболочки и внешней средой.

Целесообразно в качестве поглощающего нейтроны материала использовать карбид бора, а наружной поверхности оболочки навить дистанционирующую проволоку.

Перечень чертежей
На фиг. 1 приведен общий вид поглощающего элемента ядерного реактора на быстрых нейтронах; на фиг.2 изображен (увеличено) узел А на фиг.1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Поглощающий элемент 1 ядерного реактора на быстрых нейтронах содержит поглощающий нейтроны материал, например в виде блочков 2, расположенных в оболочке 3. Торцы оболочки 3 заглушены верхней и нижней концевыми деталями 4 и 5, соответственно, имеющими посадочные места для установки в оболочку 3. Элемент 1 содержит также средство для вывода газов из газосборника 6 оболочки 3. Средство для вывода газов из газосборника оболочки выполнено в виде кольцевого зазора 7 между оболочкой 8 и посадочным местом верхней концевой детали 4 и двух пересекающихся отверстий 8 и 9, выполненных в верхней концевой детали 4. Диаметр D отверстий выбран от 2,87 до 3,62 мм.

Одно отверстие 8 выполнено глухим вдоль продольной оси элемента 1 со стороны открытого торца верхней концевой детали 4. Другое отверстие 9 выполнено сквозным и открыто в кольцевой зазор 7. Длина L кольцевого зазора 7 выбрана от 4,73 до 5,67 мм, ширина δ кольцевого зазора 7 составляет от 0,038 до 0,132 L. Для дистанционирования элементов 1 на наружной поверхности оболочки навита проволочная спираль 10, концы которой приварены к оболочке 3.

Поглощающий элемент функционирует следующим образом. В активной зоне ядерного реактора теплоноситель - расплав натрия - поступает по тракту: отверстие 8 - отверстие 9 - кольцевой зазор 7 внутрь оболочки 3 и заполняет зазоры между оболочкой 3 и блочками 2 из поглощающего нейтроны материала, а также зазоры между блочками 2. Наличие натриевого подслоя позволяет обеспечить любые зазоры для компенсации распухания карбида бора под действием облучения практически без повышения его температуры. В процессе облучения в карбиде бора происходят сложные микроструктурные изменения, связанные с условиями его облучения (выгорание, температура). Результатом этих изменений, их внешним проявлением являются распухание и растрескивание поглощающего нейтроны материала. С ростом выгорания увеличивается выход газов (особенно гелия), которые по кольцевому зазору и пересекающимся отверстиям выводятся в теплоноситель. За счет этого исключается напряжение в оболочке от давления газов в поглотительном элементе.

Изготовление описываемого поглощающего элемента осуществляется посредством любых известных технологий и оборудования и не требует создания оригинального специального инструмента.

Похожие патенты RU2202131C1

название год авторы номер документа
РЕГУЛИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1995
  • Чернышов В.М.
  • Ряховских В.И.
  • Пославский А.О.
  • Пономаренко В.Б.
  • Рисованый В.Д.
  • Залетных Б.А.
  • Осадчий А.И.
RU2077743C1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1996
  • Чернышов В.М.
  • Ряховских В.И.
  • Пославский А.О.
  • Пономаренко В.Б.
  • Рисованый В.Д.
  • Залетных Б.А.
  • Осадчий А.И.
RU2101787C1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОРГАН УРАН-ГРАФИТОВОГО КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 2001
  • Миронов Ю.И.
  • Молчанов Д.И.
  • Демин И.Н.
  • Кудрявцев М.Ю.
  • Мельников О.П.
  • Черкашов Ю.М.
RU2188470C1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1995
  • Чернышов В.М.
  • Ряховских В.И.
  • Пославский А.О.
  • Пономаренко В.Б.
  • Маковский В.Д.
  • Осадчий А.И.
  • Лунин Г.Л.
  • Бирюков Г.И.
  • Васильченко И.Н.
RU2077741C1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ КОРПУСНОГО ВОДООХЛАЖДАЕМОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1996
  • Чернышов В.М.
  • Ряховских В.И.
  • Пославский А.О.
  • Пономаренко В.Б.
  • Маковский В.Д.
  • Осадчий А.И.
  • Лунин Г.Л.
  • Васильченко И.Н.
RU2101788C1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОРГАН УРАН-ГРАФИТОВОГО КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 2001
  • Миронов Ю.И.
  • Молчанов Д.И.
  • Демин И.Н.
  • Кудрявцев М.Ю.
  • Мельников О.П.
  • Петрочук К.В.
  • Рождественский М.И.
  • Черкашов Ю.М.
RU2188468C1
ПОГЛОТИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ВОДО-ВОДЯНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 1995
  • Чернышов В.М.
  • Ряховских В.И.
  • Пославский А.О.
  • Пономаренко В.Б.
  • Малахов В.Б.
  • Осадчий А.И.
  • Лунин Г.Л.
  • Духовенский А.С.
  • Доронин А.С.
  • Бирюков Г.И.
  • Васильченко И.Н.
  • Медведев М.И.
  • Тебин В.В.
RU2077742C1
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УРАН-ГРАФИТОВОГО КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОРГАН УРАН-ГРАФИТОВОГО КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА 2001
  • Крылов Д.В.
  • Миронов Ю.И.
  • Молчанов Д.И.
  • Демин И.Н.
  • Давыдов В.К.
  • Кудрявцев М.Ю.
  • Мельников О.П.
  • Михайлов М.Н.
  • Панин В.М.
  • Петрочук К.В.
  • Поляков Б.А.
  • Рождественский М.И.
  • Ухаров С.Г.
  • Черкашов Ю.М.
RU2190886C1
ПОГЛОТИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ ДЛЯ СТЕРЖНЕЙ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ 1996
  • Захаров А.В.
  • Клочков Е.П.
  • Котельников Ю.Г.
  • Красовский Ю.К.
  • Маковский В.Д.
  • Пономаренко В.Б.
  • Рисованный В.Д.
  • Ряховских В.И.
RU2101789C1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ ОРГАН ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ 2003
  • Ошканов Н.Н.
  • Мальцев В.В.
  • Росляков В.Ф.
  • Молчанов Д.И.
  • Крылов Д.В.
  • Сироткин С.Е.
  • Рогов В.А.
  • Мишин О.В.
  • Александров Ю.К.
  • Фаракшин М.Р.
  • Тузов А.А.
  • Камаев А.А.
  • Поплавский В.М.
RU2231142C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 202 131 C1

Реферат патента 2003 года ПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в органах регулирования и защиты ядерных реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Сущность изобретения: поглощающий элемент 1 ядерного реактора на быстрых нейтронах содержит оглощающий нейтроны материал, например, в виде блочков 2, расположенных в оболочке 3. Торцы оболочки 3 заглушены верхней и нижней концевыми деталями 4 и 5, имеющими посадочные места для установки в оболочку 3. Элемент 1 содержит также средство для вывода газов из газосборника 6 оболочки 3. Средство для вывода газов выполнено в виде кольцевого зазора 7 между оболочкой 8 и посадочным местом верхней концевой детали 4 и двух пересекающихся отверстий 8 и 9, выполненных в верхней концевой детали 4. Диаметр D отверстий выбран от 2,87 до 3,62 мм. Отверстие 8 выполнено глухим вдоль продольной оси элемента со стороны открытого торца верхней концевой детали 4. Отверстие 9 выполнено сквозным и открыто в кольцевой зазор 7. Длина L кольцевого зазора 7 выбрана от 4,73 до 5,67 мм, ширина δ кольцевого зазора 7 составляет от 0,038 до 0,132 L. Для дистанционирования элемента 1 на наружной поверхности оболочки навита проволочная спираль 10, концы которой приварены к оболочке 3. Преимущества изобретения заключаются в снижении загрязнения теплоносителя и исключении разрушения поглощающего нейтроны материала скоростным потоком теплоносителя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 202 131 C1

1. Поглощающий элемент ядерного реактора на быстрых нейтронах, содержащий поглощающий нейтроны материал, расположенный в оболочке, торцы которой заглушены верхней и нижней концевыми деталями, имеющими посадочные места, и средство для вывода газов из газосборника оболочки, отличающийся тем, что средство для вывода газов из газосборника оболочки выполнено в виде кольцевого зазора между оболочкой и посадочным местом верхней концевой детали и двух пересекающихся отверстий, выполненных в верхней концевой детали, причем одно отверстие выполнено глухим вдоль продольной оси элемента со стороны открытого торца верхней концевой детали, а другое - сквозным и открыто в кольцевой зазор, причем длина L кольцевого зазора выбрана от 4,73 до 5,67 мм, ширина δ кольцевого зазора составляет от 0,038 L до 0,132 L, а диаметр D отверстий выбран от 2,87 до 3,62 мм. 2. Поглощающий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве поглощающего нейтроны материала использован карбид бора. 3. Поглощающий элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что на наружной поверхности оболочки навита дистанционирующая проволока.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2202131C1

Приводной ремень 1984
  • Петренко Борис Трофимович
SU1225947A1
РЕГУЛИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ 1997
  • Селезнев Е.Ф.
RU2122245C1
ПОГЛОЩАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ОРГАНА РЕГУЛИРОВАНИЯ АТОМНОГО РЕАКТОРА 1997
  • Захаров А.В.
  • Рисованый В.Д.
  • Клочков Е.П.
RU2126181C1
0
SU186689A1
СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ АРТРОЗА 2010
  • Шатохина Светлана Николаевна
  • Зар Вадим Владимирович
  • Волошин Виктор Порфентьевич
  • Шабалин Владимир Николаевич
RU2429476C1

RU 2 202 131 C1

Авторы

Пономаренко В.Б.

Молчанов Д.И.

Миронов Ю.И.

Крылов Д.В.

Даты

2003-04-10Публикация

2002-01-29Подача