СПОСОБ ПЕРЕГРУЗКИ БЫСТРОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И СИСТЕМА ПЕРЕГРУЗКИ Российский патент 2004 года по МПК G21C19/00 G21C19/10 

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способу и системе перегрузки быстрого ядерного реактора, активная зона которого погружена в жидкометаллический теплоноситель, например свинец, с находящейся над ним зоной инертного газа.

Одной из проблем, с которой приходится сталкиваться при перегрузке быстрых реакторов, является высокое остаточное тепловыделение отработавших топливных сборок в результате продолжающегося распада продуктов деления. Чтобы исключить разрушение топливных стержней отработавших сборок, необходимо снизить тепловыделение. В противном случае произойдет радиационное загрязнение со всеми вытекающими из этого последствиями.

Способы перегрузки реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем в зависимости от способа снятия тепла распада подразделяют на три типа. К первому типу относят способ [1], по которому топливную сборку извлекают из активной зоны реактора сквозь его биологическую защиту и устанавливают в перегрузочную машину [2]. Охлаждение топливной сборки в процессе ее транспортировки к хранилищу осуществляют автономной системой охлаждения перегрузочной машины. Для обеспечения сохранности топливной сборки в этом случае требуется сложная система охлаждения.

Ко второму типу относят способ перегрузки с поэтапным охлаждением отработавшей топливной сборки. Извлеченную из активной зоны реактора топливную сборку вначале устанавливают во внутриреакторное хранилище. Там топливную сборку выдерживают в теплоносителе реактора до следующей кампании перегрузки, пока выделение тепла не снизится до уровня, допускающего ее безопасное удаление из бака реактора. При проведении следующей перегрузочной кампании топливную сборку из внутриреакторного хранилища перемещают в наружное вне бака реактора хранилище, в котором осуществляют выдержку до достижения уровня тепловыделения, допускающего переработку топливной сборки.

К третьему типу относят способ перегрузки [3, 4], при котором охлаждение удаленной из активной зоны реактора топливной сборки проводят вне бака реактора, а перемещение отработавшей топливной сборки из активной зоны в наружное хранилище осуществляют в среде теплоносителя реактора.

Заявляемые изобретения относятся ко второму типу. Известен способ и система перегрузки остановленного быстрого ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем [5] , согласно которому топливные сборки удаляют из активной зоны и размещают в поворотном барабане, расположенном в одном баке с активной зоной реактора. Поворотный барабан отделен от зоны реактора отражателем, в котором выполнен открываемый на время перегрузки проем для переноса топливной сборки. В поворотном барабане топливную сборку устанавливают в транспортный чехол, заполненный теплоносителем реактора. После снижения остаточного тепловыделения топливной сборки до уровня, допускающего ее перемещение в наружное хранилище, транспортный чехол с топливной сборкой сквозь биологическую защиту реактора переносят из поворотного барабана в транспортное средство и перемещают по горизонтально расположенному тракту к наружному хранилищу, охлаждая его аргоном с естественной конвекцией. Система перегрузки для реализации указанного выше способа включает поворотную пробку, установленную соосно активной зоне реактора, эксцентрично установленный в поворотной пробке манипулятор с отклоняющейся рукой, внутриреакторное хранилище в виде поворотного барабана, задвижку с приводом для перекрытия проема в отражателе, подъемное средство транспортного чехла и транспортное средство для перемещения транспортного чехла к наружному хранилищу.

Заявленный способ не обеспечивает охлаждение топливной сборки во внутриреакторном хранилище до уровня, обеспечивающего ее перемещение непосредственно в передаточную камеру для последующей передачи на разделку, а предусматривает дополнительное охлаждение топливной сборки в наружном хранилище до ее перемещения в передаточную камеру. Кроме того, выполнение промежуточного хранилища в виде отдельного устройства, отстоящего от активной зоны реактора, привило к увеличению размера бака реактора и, как следствие, к увеличению объема прокачиваемого теплоносителя. Система перегрузки снабжена подвижными устройствами, постоянно находящимися в жидкометаллическом теплоносителе. Манипулятор с отклоняющейся рукой не приспособлен для удаления из активной зоны искривленных топливных сборок и их поворота на 180^o для устранения искривления.

Известен способ перегрузки остановленного быстрого ядерного реактора с натриевым теплоносителем [6], согласно которому топливные сборки, удаляемые из активной зоны, устанавливают в транспортные емкости, расположенные рядом с активной зоной для снижения остаточного тепловыделения. Перемещение топливной сборки из активной зоны к транспортной емкости осуществляют в теплоносителе реактора, для чего внутри трубы перегрузочного средства создают столб теплоносителя, путем понижения давления внутри трубы. Перемещение топливной сборки в наружное хранилище осуществляют в транспортной емкости, заполненной теплоносителем, которую извлекают сквозь биологическую защиту реактора и размещают в транспортном средстве, предварительно установленном над отверстием в наружной части пробки. Система перегрузки включает расположенную в корпусе реактора тройную защитную пробку, эксцентрические части которой можно поворачивать относительно друг друга. Во внутреннюю поворотную пробку вставлена труба перегрузочного средства для приема топливной сборки. В верхней части перегрузочного средства имеется захват с подъемником для втягивания топливной сборки в трубу. Нижний открытый конец трубы постоянно погружен в теплоноситель реактора. Поворачивая части пробки, трубу можно переместить между ее положением над активной зоной и положением над транспортными емкостями. Указанный способ и система перегрузки не могут быть применены при перегрузке реактора со свинцовым теплоносителем по следующей причине. Удельный вес свинца в 11,7 раза больше удельного веса натрия, поэтому создать разрежение в трубе, при котором в ней возникнет столб свинцового теплоносителя для охлаждения топливной сборки, технически очень сложно.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявляемому изобретению является способ перегрузки быстрого ядерного реактора [7], заключающийся в поштучной замене отработавшей топливной сборки активной зоны, погруженной в жидкометаллический теплоноситель с находящейся над ним зоной инертного газа, на новые, в установке отработавшей топливной сборки во внутриреакторное хранилище, концентрично расположенное вокруг активной зоны, в выдержке во внутриреакторном хранилище до следующей кампании перегрузки, в последующем извлечении из внутриреакторного хранилища, в установке в транспортное средство и в перемещении в передаточную камеру. Перегрузку проводят на выключенном реакторе. Перемещение топливной сборки к внутриреакторному хранилищу осуществляют в теплоносителе реактора под защитной пробкой реактора. Снижение температуры распада при этом происходит до уровня, требующею проведения дополнительного охлаждения в наружном хранилище перед перемещением топливной сборки в передаточную камеру для ее передачи на разделку.

Система перегрузки, реализующая указанный способ [7], содержит защитную пробку, смонтированную над активной зоной реактора, средство перегрузки, размещенное на защитной пробке, внутриреакторное хранилище, концентрично расположенное вокруг активной зоны, и транспортное средство для перемещения отработавшей топливной сборки из внутриреакторного хранилища в передаточную камеру и новой топливной сборки в зону реактора. Защитная пробка выполнена поворотной, и она эксцентрично установлена по отношению к продольной оси активной зоны реактора, а средство перегрузки с рукой постоянного радиально направленного вылета эксцентрично установлено на поворотной пробке. Перемещение топливной сборки из зоны реактора к наружному хранилищу осуществляют по двум наклонным трактам, сообщающимся между собой в шлюзовой камере с помощью промежуточной трубы. Промежуточная труба установлена с возможностью выверки по отношению к каждому наклонному тракту и герметичной стыковки с ними. Транспортное средство для перемещения топливной сборки выполнено в виде каретки, установленной с возможностью перемещения по наклонным трактам, промежуточной трубе и занятия вертикального положения в нижней части каждого наклонного тракта и способной нести в себе заполненный теплоносителем реактора чехол с топливной сборкой.

Известный способ перегрузки предусматривает для перемещения топливной сборки в передаточную камеру двухэтапную систему охлаждения. Па первом этапе охлаждение осуществляют во внутриреакторном хранилище, расположенном на одном уровне с активной зоной реактора. На втором этапе топливную сборку охлаждают в наружном хранилище. Размещение внутриреакторного хранилища на одном уровне с активной зоной реактора не обеспечивает снижение температуры распада во внутриреакторном хранилище до уровня, позволяющего осуществить перемещение топливной сборки в передаточную камеру, минуя охлаждение в наружном хранилище. Это обусловлено тем, что в реакторах на быстрых нейтронах сравнительно высока утечка нейтронов из-за низких сечений поглощения в быстром спектре. Для возврата нейтронов активную зону окружают отражателем из ²³⁸U, в качестве которого может быть использована зона воспроизводства. Кроме отражения нейтронов в отражателе происходит захват нейтронов ядрами ²³⁸U и накопление ²³⁹Рu. Этот процесс сопровождается существенным тепловыделением, накладываемым на высокое остаточное тепловыделение топливных сборок во внутриреакторном хранилище. В процессе нахождения между двумя перегрузочными кампаниями во внутриреакторном хранилище на работающем реакторе на топливные сборки, хотя и ослабленные, падают потоки нейтронов и γ-квантов из активной зоны. Это способствует дополнительному тепловыделению в результате поглощения в топливных сборках внутриреакторного хранилища ионизирующего излучения, возникающего в результате взаимодействия материала топливных сборок с падающими на них потоками. Следует также учесть, что в зоне воспроизводства возможен β-распад ²³⁹Рu, сопровождаемый дополнительным тепловыделением.

Средство перегрузки с рукой постоянного радиально направленного вылета с его вышеуказанным размещением на поворотной пробке относительно продольной оси активной зоны реактора может быть использовано для обслуживания активной зоны и внутриреакторного хранилища только при условии, что они расположены на одном уровне. Кроме того, наличие у средства перегрузки руки постоянного радиально направленного вылета вызывает возникновение опрокидывающего момента при извлечении из активной зоны топливной сборки. Это усложняет фиксацию средства перегрузки на поворотной пробке и конструкцию привода перемещения захватного органа.

В основу изобретения была положена задача разработать способ перегрузки быстрого ядерного реактора с жидкометаллическим теплоносителем, позволяющим осуществить перемещение отработавшей топливной сборки из внутриреакторного хранилища в передаточную камеру без ее охлаждения в наружном хранилище. В основу изобретения была положена задача разработать систему перегрузки для осуществления вышеуказанного способа. Технический эффект от использования заявляемого способа заключается в сокращении продолжительности и в упрощении процесса перевода отработавшей топливной сборки из активной зоны реактора в передаточную камеру для ее передачи на разделку за счет создания условий снижения температуры тепловыделения отработавшей топливной сборки во внутриреакторном хранилище. Технический эффект от использования заявляемой системы перегрузки заключается в упрощении процесса перевода отработавшей топливной сборки из активной зоны реактора в передаточную камеру за счет обеспечения возможности обслуживания разновысоких уровней нахождения топливной сборки в активной зоне реактора и внутриреакторном хранилище с помощью перегрузочной машины прямого удаления.

Поставленная задача решается созданием способа перегрузки быстрого ядерного реактора, заключающегося в поштучной замене отработавшей топливной сборки активной зоны, погруженной в жидкометаллический теплоноситель с находящейся над ним зоной инертного газа, на новую, в установке отработавшей топливной сборки во внутриреакторное хранилище, концентрично расположенное вокруг активной зоны реактора, в выдержке во внутриреакторном хранилище до следующей кампании перегрузки, в последующем извлечении из внутриреакторного хранилища, в установке в транспортное средство и в перемещении в передаточную камеру, по которому согласно изобретению отработавшую топливную сборку устанавливают во внутриреакторное хранилище, расположенное над уровнем активной части активной зоной реактора, при этом извлечение и установку топливной сборки из активной зоны реактора, внутриреакторного хранилища и транспортного средства осуществляют перегрузочным средством прямого удаления, после установки топливной сборки в транспортное средство производят ее поворот в вертикальной плоскости до положения, близкого к горизонтальному, а перемещение топливной сборки в передаточную камеру осуществляют по горизонтально расположенному туннелю, соединяющему зону инертного газа над активной зоной реактора с передаточной камерой.

Целесообразно в передаточной камере топливную сборку перевести в вертикальное положение.

Желательно разогрев новой топливной сборки перед ее установкой в активную зону реактора осуществлять путем ее выдержки в зоне инертного газа над активной зоной реактора.

Поставленная задача решается также созданием системы перегрузки, содержащей защитную пробку, смонтированную над активной зоной реактора, средство перегрузки, размещенное на защитной пробке, внутриреакторное хранилище, концентрично расположенное вокруг активной зоны реактора, и транспортное средство для перемещения топливной сборки из внутриреакторного хранилища в передаточную камеру и новой топливной сборки в зону реактора, в которой согласно изобретению внутриреакторное хранилище расположено над уровнем активной части активной зоной реактора, защитная пробка выполнена в виде наружной поворотной пробки, установленной соосно активной зоне реактора и внутренней поворотной пробке, эксцентрично расположенной в наружной, при этом на внутренней поворотной пробке эксцентрично установлена поворотная платформа, на которой размещено средство перегрузки, выполненное в виде перегрузочной машины прямого удаления, а транспортное средство для перемещения размещено в горизонтально расположенном туннеле, соединяющем зону инертного газа над активной зоной реактора с передаточной камерой, при этом транспортное средство снабжено поворотной в вертикальной плоскости балкой для закрепления на ней топливной сборки, а передаточная камера снабжена средством удаления топливной сборки из транспортного средства и ее перемещения в разгрузочно-загрузочном канале передаточной камеры.

Предпочтительно поворотную платформу снабдить щибером, герметично перекрывающим отверстие доступа в зону реактора.

Целесообразно горизонтально расположенный туннель продлить за разгрузочно-загрузочный канал передаточной камеры, по крайней мере, на длину транспортного средства.

Желательно горизонтально расположенный туннель снабдить двумя шиберами, отделяющими активную зону реактора от передаточной камеры.

Предпочтительно шибер в туннеле со стороны активной зоны реактора разместить, по крайней мере, на расстоянии, равном длине транспортного средства.

Предпочтительно расстояние между двумя шиберами в туннеле выполнить, по крайней мере, равным длине транспортного средства.

Предпочтительно средство удаления топливной сборки из транспортного средства выполнить в виде манипулятора прямого удаления.

Целесообразно манипулятор установить соосно разгрузочно-загрузочному каналу передаточной камеры.

Отличительная особенность заявленного способа заключается в установке удаленной из активной зоны реактора топливной сборки во внутриреакторное хранилище, расположенное над уровнем активной части активной зоной реактора. Это позволяет исключить воздействие на топливные сборки внутриреакторного хранилища тепловыделения зоны воспроизводства от распада в ней ²³⁸U, исключить поглощение топливными сборками внутриреакторного хранилища ионизирующего излучения от потоков нейтронов и γ-квантов из активной зоны и связанного с ним тепловыделения, а также исключить воздействие тепловыделения от возможного β-распада ²³⁹Рu зоны воспроизводства. Кроме того, расположив внутриреакторное хранилище выше уровня активной части активной зоны реактора, его поместили в более холодный теплоноситель, что способствует более интенсивному охлаждению внутриреакторного хранилища.

Перепад высот при обслуживании активной зоны реактора и внутриреакторного хранилища, расположенного над уровнем активной части активной зоны реактора, составляет несколько метров. Упрощение обслуживания разновысотных уровней было достигнуто выполнением перегрузочного средства в виде перегрузочной машины прямого удаления, перемещаемой на обслуживаемую позицию двойной поворотной пробкой. С учетом возникшего при этом требования азимутальной ориентации для топливной сборки не цилиндрического сечения, для использования при этом системы отсчета координат наведения перегрузочной машины, перегрузочная машина установлена на поворотной платформе. Для уменьшения расстояния между верхним торцом внутриреакторного хранилища и поворотными пробками туннель для перемещения сборок в передаточную камеру и обратно выполнен горизонтальным. Для уменьшения габарита туннеля по высоте топливную сборку перед ее вводом в туннель поворачивают в вертикальной плоскости до положения, близкого к горизонтальному (транспортное положение). Соединение туннелем зоны инертною газа над активной зоной реактора с передаточной камерой исключило проблемы по отсечке теплоносителя реактора от передаточной камеры, имеющей место в прототипе. Благодаря этому система перегрузки компактна, а все манипуляции с топливной сборкой в зоне реактора совершаются на площади, определяемой поперечным сечением внутриреакторного хранилища.

Далее заявляемые изобретения поясняются конкретными примерами их выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - общая компоновка реактора,
фиг.2 - общая схема системы перегрузки реактора,
фиг.3 - перегрузочная машина на поворотной платформе,
фиг.4 - шибер поворотной платформы,
фиг. 5(а-м) - укрупненная схема технологического процесса перегрузки реактора:
фиг.5а - установка новой топливной сборки в транспортное средство,
фиг. 5б - установка транспортного средства с новой топливной сборкой между шиберами в туннеле,
фиг.5в - удаление отработавшей топливной сборки из активной зоны реактора,
фиг. 5г - установка отработавшей топливной сборки во внутриреакторное хранилище,
фиг.5д - разогрев новой топливной сборки,
фиг.5е - втягивание разогретой топливной сборки в перегрузочную машину,
фиг.5ж - установка новой топливной сборки в активную зону реактора,
фиг. 5з - удаление охлажденной топливной сборки из внутриреакторного хранилища,
фиг.5и - установка охлажденной топливной сборки в транспортное средство,
фиг. 5к - установка транспортного средства с охлажденной топливной сборкой в туннеле между шиберами,
фиг. 5л - удаление охлажденной топливной сборки из транспортного средства,
фиг.5м - установка транспортного средства в исходное положение.

Ядерная установка 1 (фиг.1) содержит реактор 2, расположенный в корпусе 3. Реактор 2 состоит из опорной конструкции 4, в которой установлены топливные сборки 5, образующие активную зону 6 реактора, и сборки зоны воспроизводства 7, расположенные соосно и вокруг активной зоны 6. С опорной конструкцией 4 соединена выгородка 8, простирающаяся вверх до защитной пробки 9 реактора 2. К выгородке 8 присоединены патрубки 10 парогенераторов 11, равномерно размещенных относительно продольной оси активной зоны. Каждый парогенератор соединен с насосом 12 для прокачки свинцового теплоносителя 13, находящегося в корпус 3. Теплоноситель 13 циркулирует восходящим потоком в активной зоне 6, причем теплоноситель называют "холодным" до его прохождения через активную зону и "горячим" после такого прохождения. Холодный теплоноситель, расположенный с наружной стороны выгородки 8, имеет более высокий уровень по сравнению с горячим теплоносителем, расположенным внутри выгородки 8. Холодный теплоноситель проходит к активной зоне и зоне воспроизводства через отверстия, расположенные в выгородке в районе опорной конструкции 4. Сборки зоны воспроизводства 7 образуют боковой отражатель. Топливные сборки 5 состоят из трех частей. Средняя часть образует активную часть активной зоны реактора. Верхняя и нижняя части образуют соответственно верхний и нижний торцевые отражатели активной зоны. Между горячим теплоносителем и защитной пробкой 9 реактора расположена зона 14 инертного газа. Эта зона (фиг.2) соединена с передаточной камерой 15 горизонтально расположенным туннелем 16.

Система перегрузки (фиг.2) включает внутриреакторное хранилище 17, расположенное над уровнем активной части активной зоны 6. Такое расположение приблизило внутриреакторное хранилище к теплоносителю на выходе из насосов, а это наиболее холодная зона теплоносителя. Защитная пробка 9 системы перегрузки выполнена в виде наружной поворотной пробки 18, установленной соосно активной зоне 6 реактора и внутренней поворотной пробке 19, эксцентрично расположенной в наружной пробке. На внутренней поворотной пробке 19 эксцентрично установлена поворотная платформа 20 (фиг.3), на которой смонтировано средство перегрузки, выполненное в виде перегрузочной машины 21 прямого удаления. Под машиной прямого удаления понимается перегрузочная машина, захват 22 которой перемещается строго вертикально внутри корпуса перегрузочной машины и ее стыковочной трубы 23. Транспортное средство 24 расположено в горизонтальном туннеле 16, соединяющем зону 14 инертного газа над активной зоной 6 реактора с передаточной камерой 15. Транспортное средство 24 снабжено поворотной в вертикальной плоскости балкой 25 для закрепления на ней топливной сборки 5. Балка 25 оснащена гнездом 26 для фиксации нижнего наконечника топливной сборки и схватов 27, расположенных в верхней части балки, для закрепления топливной сборки. Передаточная камера 15 снабжена средством удаления (установки) топливной сборки 5 из транспортного средства 24. Средство удаления выполнено в виде манипулятора 28 прямого удаления с захватом 29 и стыковочной трубой 30, установленного соосно разгрузочно-загрузочному каналу 31. Благодаря предложенному решению отпала необходимость предусматривать средство наведения манипулятора на ось разгрузочно-загрузочного канала, что упростило систему перегрузки. Применение манипулятора прямого удаления упростило операции, связанные с манипулированием отработавшей или свежей топливной сборкой при ее удалении (установки) из транспортного средства.

Поворотная платформа 20 снабжена шибером 32 (фиг.3, 4) для герметичного перекрытия отверстия 33 доступа в зону реактора. Наличие шибера повышает безопасность проведения операции по удалению перегрузочной машины с поворотной платформы и упрощает саму операцию. Туннель 16 простирается за разгрузочно-загрузочный канал 31 передаточной камеры 15, по крайней мере, на длину транспортного средства 24. В туннеле 16 расположены два шибера 34 и 35, перекрывающие туннель 16 и отделяющие зону реактора от передаточной камеры. Шибер 34 отстоит от зоны реактора, по крайней мере, на длину транспортного средства 24. Расстояние между щибсрами 34 и 35, по крайней мере, равно длине транспортного средства 24.

Перегрузка быстрого ядерного реактора заключается в поштучной замене отработавшей топливной сборки активной зоны на новую сборку. Исходное положение оборудования системы перегрузки реактора. Перегрузочная машина 21 установлена на поворотной платформе 20. Торец ее стыковочной трубы 23 находится в зоне инертного газа 14. Транспортное средство 24 находится в передаточной камере 15, балка 25 транспортного средства находится в вертикальном положении. Шиберы 34 и 35 закрыты. Одно из гнезд внутриреакторного хранилища 17 пустое.

Перегрузка осуществляется в следующей последовательности. Новую топливную сборку через разгрузочно-загрузочный канал 31 передаточной камеры 15 захватом 29 втягивают в стыковочную трубу манипулятора 28 и поднимают над уровнем транспортного средства. Транспортное средство 24 выверяют с осью разгрузочно-загрузочного канала 31 передаточной камеры. Опускают стыковочную трубу 30 манипулятора 28. Опускают захват 29 и новую топливную сборку устанавливают и фиксируют в гнезде 26 балки 25 с помощью шарикового замка (не показан), расположенного на наконечнике топливной сборки (фиг.5а). Затем стыковочную трубу поднимают, не расцепляя захват 29 с топливной сборкой, сводят известным способом схваты 27 вокруг топливной сборки, после чего балку 25 поворачивают в вертикальной плоскости в транспортное положение. Перевод топливной сборки в транспортное положение позволяет сократить высоту туннеля 16. Открывают шибер 35 и транспортное средство перемещают по туннелю 16 и устанавливают между шибeрами 34 и 35. После этого шибер 35 закрывают (фиг.5б).

Перегрузочную машину 21 при одновременном вращении наружной 18 и внутренней 19 поворотных пробок наводят на координату выгружаемой топливной сборки активной зоны 6. Затем осуществляют азимутальное ориентирование перегрузочной машины 21 на поворотной платформе 20 относительно выгружаемой топливной сборки. Опускают стыковочную трубу 23 до упора в топливные сборки, окружающую извлекаемую. Захват 22 сцепляют с топливной сборкой и, извлекая топливную сборку из активной зоны, втягивают ее в стыковочную трубу 23 (фиг. 5в). Затем стыковочную трубу 23 совместно с топливной сборкой поднимают вверх над верхним торном хранилища 17. Перегрузочную машину 21 совмещают с осью пустого гнезда внутриреакторного хранилища при одновременном вращении наружной и внутренней поворотных пробок 18 и 19. Осуществляют азимутальную ориентацию перегрузочной машины относительно гнезда внутриреакторного хранилища и опускают стыковочную трубу 23 до упора в гнездо. Затем отработавшую топливную сборку опускают в гнездо внутриреакторного хранилища и фиксируют в гнезде внутриреакторного хранилища. Эта операция аналогична фиксации топливной сборки в балке транспортного средства (фиг.5г). Благодаря применению концепции прямого удаления, с помощью одной перегрузочной машины могут быть обслужены активная зона реактора и внутриреакторное хранилище, несмотря на то, что уровень расположения головок топливных сборок в активной зоне реактора и во внутриреакторном хранилище составляет несколько метров. Кроме того, концепция прямого удаления сравнительно просто решает вопрос обеспечения направленного перемещения захвата как в перегрузочной машине, так и в манипуляторе передаточной камеры.

Поднимают стыковочную трубу с захватом и переводят перегрузочную машину 21 в положение, обеспечивающее свободный ввод и разворот балки транспортного средства в зоне инертного газа. Открывают шибeр 34 и транспортное средство 24, перемещая по туннеля к зоне реактора, выставляют на координату оси загрузки. Балку 25 переводят из транспортного положения в положение разогрева новой топливной сборки в зоне инертного газа, балка при этом занимает более вертикальное положение по сравнению с транспортным положением (фиг.5д). Осуществляют необходимую выдержку для разогрева новой топливной сборки, после чего балку 25 переводят в строго вертикальное положение. Затем продольную ось стыковочной трубы 23 перегрузочной машины 21 совмещают с осью загрузки путем одновременного вращения обеих поворотных пробок 18 и 19. Опускают стыковочную трубу 23 до положения, при котором головка новой топливной сборки окажется в стыковочной трубе, для обеспечения направленного перемещения захвата 22 перегрузочной машины 21. Захват опускают, сцепляют с головкой новой топливной сборки и только после этого разводят схваты 27. Затем стыковочную трубу 23 опускают в положение, при котором новая топливная сборка практически будет полностью находиться в стыковочной трубе (фиг.5е). Этой операцией обеспечивается безопасная транспортировка новой топливной сборки в среде свинцового теплоносителя к месту установки в активную зону.

Затем новую топливную сборку поднимают вверх, извлекая из гнезда 26 поворотной балки 25. Перегрузочную машину при одновременном вращении поворотных пробок 18 и 19 совмещают с координатой ранее извлеченной из активной зоны топливной сборки. Осуществляют азимутальную ориентацию перегрузочной машины 21 путем ее поворота на платформе 20 до совпадения поперечного профиля топливной сборки с местом ее установки в активной зоне. Стыковочную трубу 23 опускают до упора в топливные сборки активной зоны, соседние с устанавливаемой топливной сборкой. Сборку опускают в активную зону и осуществляют фиксацию ее наконечника ранее описанным способом в опорной конструкции 4 реактора 2 (фиг. 5ж). Затем захват 22 расцепляют со сборкой и вместе со стыковочной трубой поднимают над уровнем верхнего торца внутриреакторного хранилища.

Перегрузочную машину ранее описанным способом перемещают к внутриреакторному хранилищу, совмещают с гнездом хранилища, в котором находится охлажденная топливная сборка. Опускают стыковочную трубу до упора в гнездо внутриреакторного хранилища. Опускают захват 22 на головку охлажденной топливной сборки, сцепляют с головкой и втягивают охлажденную топливную сборку в стыковочную трубу 23 (фиг.5з). Затем осуществляют одновременный подъем захвата с топливной сборкой и стыковочной трубы. Перегрузочную машину 21 перемещают на координату оси загрузки. Охлажденную топливную сборку опускают и фиксируют в гнезде 26 балки 25 транспортного средства 24. Затем осуществляют подъем стыковочного патрубка над уровнем жидкометаллического теплоносителя. Сводят схваты 27 на топливной сборке, расцепляют захват 22 перегрузочной машины 21 с головкой охлажденной топливной сборки и втягивают его в перегрузочную машину (фиг.5и).

Балку 25 транспортного средства 24 поворачивают в вертикальной плоскости до положения, близкого к горизонтальному (транспортное положение). Транспортное средство 24 перемещают по туннелю 16 и устанавливают между шиберами 34 и 35. После этого шибер 34 закрывают, а шибер 35 открывают (5к). Транспортное средство перемещают в передаточную камеру 15 на ось разгрузочно-загрузочного канала 31. Балку 25 переводят в вертикальное положение. Опускают стыковочную трубу 30 манипулятора 28 для обеспечения направленного перемещения захвата 29. Захват 29 опускают на головку охлажденной топливной сборки и сцепляют с ее головкой. Разводят схваты 27, опускают стыковочную трубу 30 и удаляют охлажденную топливную сборку из транспортного средства 24 (фиг. 5л).

Транспортное средство 24 смещают с оси разгрузочно-загрузочного канала 31 и устанавливают в исходное положение. Охлажденную топливную сборку опускают по каналу 31 для передачи ее на разделку (фиг.5м). Захват 29 расцепляют со сборкой и совместно со стыковочной трубой 30 втягивают в манипулятор 28. На этом процесс перегрузки быстрого реактора со свинцовым теплоносителем закончен.

В приведенном примере выполнения способа перегрузки описаны те операции, которые должны быть совершены при реализации способа. Однако нет никаких препятствий к тому, чтобы совмещать во времени проведение не связанных между собой операций. В частности, операции по установке новой топливной сборки в транспортное средство и перемещению транспортного средства между шиберами туннеля могут быть совмещены во времени с операциями по извлечению отработавшей топливной сборки из активной зоны реактора и ее установке во внутриреакторное хранилище. Операция по извлечению отработавшей топливной сборки из активной зоны реактора может проходить одновременно с операцией по установке транспортного средства с охлажденной топливной сборкой на ось разгрузочно-загрузочного канала передаточной камеры.

Источники информации
1. А.с. SU 401253, опубл. 1984 г.

2. А.с. SU 397094, опубл. 1984 г.

3. Патент US 4069098, опубл. 1978 г.

4. Патент US 4069099, oпубл. 1978 г.

5. Патент GВ 1382797, опубл 1972 г.

6. Патент JP 61-22798, опубл. 1986 г.

7. Патент FR 1525102, опубл. 1968 г.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к способу и системе перегрузки быстрого ядерного реактора, активная зона которого погружена в жидкометаллический теплоноситель с находящейся над ним зоной инертного газа. Технический результат заключается в упрощении процесса перевода отработавшей топливной сборки из активной зоны реактора в передаточную камеру за счет обеспечения возможности обслуживания разновысоких уровней нахождения топливной сборки в активной зоне реактора и внутриреакторном хранилище с помощью перегрузочной машины прямого удаления. Способ перегрузки ядерного реактора заключается в поштучной замене отработавшей топливной сборки на новую, в установке и выдержке отработавшей топливной сборки во внутриреакторном хранилище, расположенном над уровнем активной части активной зоны реактора, в последующем ее перемещении в передаточную камеру, при этом все манипуляции с топливной сборкой в зоне реактора осуществляют перегрузочной машиной прямого удаления, а перед перемещением топливной сборки в передаточную камеру осуществляют ее поворот в вертикальной плоскости до положения, близкого к горизонтальному, а перемещение топливной сборки в передаточную камеру осуществляют по горизонтально расположенному туннелю, соединяющему зону инертного газа реактора с передаточной камерой. Перегрузочная система для осуществления способа перегрузки выполнена в виде системы из двух поворотных пробок, смонтированных над активной зоной реактора, поворотной платформы, установленной на внутренней поворотной пробке, перегрузочной машины прямого удаления, размещенной на поворотной платформе, и транспортного средства для перемещения отработавшей топливной сборки из зоны реактора в передаточную камеру и новой топливной сборки в обратном направлении, установленного в горизонтально расположенном туннеле, соединяющем зону инертного газа реактора с передаточной камерой, при этом средство перемещения снабжено поворотной в вертикальной плоскости балкой для закрепления на ней топливной сборки. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ перегрузки быстрого ядерного реактора, заключающийся в поштучной замене отработавшей топливной сборки активной зоны, погруженной в жидкометаллический теплоноситель, с находящейся над ним зоной инертного газа, на новую, в установке отработавшей топливной сборки во внутриреакторное хранилище, концентрично расположенное вокруг активной зоны реактора, в выдержке во внутриреакторном хранилище до следующей кампании перегрузки, в последующем извлечении из внутриреакторного хранилища, в установке в транспортное средство и в перемещении в передаточную камеру, отличающийся тем, что отработавшую топливную сборку устанавливают во внутриреакторное хранилище, расположенное над уровнем активной частью активной зоны реактора, при этом извлечение и установку топливной сборки из активной зоны реактора, внутриреакторного хранилища и транспортного средства осуществляют перегрузочным средством прямого удаления, а после установки топливной сборки в транспортное средство производят ее поворот в вертикальной плоскости до положения близкого к горизонтальному, а перемещение топливной сборки в передаточную камеру осуществляют по горизонтально расположенному туннелю, соединяющему зону инертного газа реактора с передаточной камерой.2. Способ перегрузки ядерного реактора по п.1, отличающийся тем, что в передаточной камере топливную сборку переводят в вертикальное положение.3. Способ перегрузки ядерного реактора по п.1, отличающийся тем, что новую топливную сборку, перед ее установкой в активную зону реактора, разогревают путем выдержки в зоне инертного газа реактора.4. Система перегрузки, содержащая защитную пробку, смонтированную над активной зоной реактора, средство перегрузки, размещенное на защитной пробке, внутриреакторное хранилище, концентрично расположенное вокруг активной зоны реактора, и транспортное средство для перемещения отработавшей топливной сборки из внутриреакторного хранилища в передаточную камеру и новой топливной сборки в зону реактора, отличающаяся тем, что внутриреакторное хранилище расположено над уровнем активной части активной зоны реактора, защитная пробка выполнена в виде наружной поворотной пробки, установленной соосно активной зоны реактора и внутренней поворотной пробки, эксцентрично расположенной в наружной, при этом на внутренней поворотной пробке эксцентрично установлена поворотная платформа, на которой размещено средство перегрузки, выполненное в виде перегрузочной машины прямого удаления, а транспортное средство для перемещения размещено в горизонтально расположенном туннеле, соединяющем зону инертного газа над активной зоной реактора с передаточной камерой, при этом транспортное средство снабжено поворотной в вертикальной плоскости балкой для закрепления на ней топливной сборки, а передаточная камера снабжена средством удаления топливной сборки из транспортного средства и ее перемещения в разгрузочно-загрузочном канале передаточной камеры.5. Система перегрузки по п.4, отличающаяся тем, что поворотная платформа снабжена шибером, герметично перекрывающим отверстие доступа в зону реактора.6. Система перегрузки по п.4, отличающаяся тем, что горизонтально расположенный туннель простирается за разгрузочно-загрузочный канал передаточной камеры, по крайней мере, на длину транспортного средства.7. Система перегрузки по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена двумя шиберами, перекрывающими горизонтально расположенный туннель, отделяющими зону реактора от передаточной камеры.8. Система перегрузки по п.7, отличающаяся тем, что шибер в туннеле со стороны зоны реактора отстоит от нее, по крайней мере, на расстоянии, равном длине транспортного средства.9. Система перегрузки по п.7, отличающаяся тем, что расстояние между двумя шиберами в туннеле выполнено, по крайней мере, равным длине транспортного средства.10. Система перегрузки по п.4, отличающаяся тем, что средство удаления топливной сборки из транспортного средства выполнено в виде манипулятора прямого удаления.11. Система перегрузки по п.10, отличающаяся тем, что манипулятор установлен соосно разгрузочно-загрузочному каналу передаточной камеры.