ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА Российский патент 2016 года по МПК G21C3/30 

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.

Наиболее распространенными тяжелыми теплоносителями являются свинец и эвтектика свинец-висмут, которые при рабочей температуре первого контура обладают плотностью выше чем у марок сталей и других конструкционных материалов, из которых изготовлены элементы тепловыделяющей сборки (ТВС) (хвостовики, центральные стержни, оболочки и т.п.), элементы тепловыделяющих элементов (твэл) (оболочки и пр.) и элементы перегрузочного оборудования. Таким образом, при эксплуатации и перегрузке ядерного реактора на ТВС и элементы перегрузочного оборудования полностью или частично погруженные в тяжелый жидкометаллический теплоноситель постоянно действует выталкивающая сила, превышающая их вес и, следовательно, обеспечивающее их всплытие, описанное в статье "Сравнительный анализ двух перспективных реакторных технологий - быстрых реакторов со свинцовым и газовым теплоносителем" (Журнал "Атомный эксперт" (приложение к журналу "Атомная энергия"), опубл. 2013 г, №12. С. 38).

ТВС является основным элементом ядерного реактора, предназначенным для получения тепловой энергии за счет осуществления контролируемой ядерной реакции в реакторе.

Для удержания ТВС от всплытия из активной зоны реактора при наличии тяжелого жидкометаллического теплоносителя в конструкцию хвостовика ТВС приходится вводить специальный удерживающий замок, а для управления им - тягу, проходящую через всю ТВС от хвостовика до головки. Кроме того, в гнездах нижней решетки реактора приходится предусматривать элементы, удерживающие хвостовик.

Для загрузки и перегрузки ТВС в ядерном реакторе используется дистанционно-управляемое оборудование.

Для решения задач по перегрузке ТВС с помощью дистанционно-управляемого оборудования при наличии тяжелого жидкометаллического теплоносителя в реакторе приходится создавать сложные механизмы (захваты, комбинированные цепи, телескопические направляющие и т.п.), которые позволяют удерживать ТВС от всплытия при воздействии выталкивающей силы.

Создание усложненных дистанционно-управляемых механизмов требует разработки дополнительных дублирующих механизмов, обеспечивающих безопасность перегрузки ТВС, при этом вероятность отказа из-за увеличенного количества кинематических и механических элементов повышается, а стоимость оборудования растет.

Кроме того, для ликвидации аварийной ситуации, например всплытие ТВС, требуется дополнительное оборудование или еще большие усложнения перегрузочного оборудования.

Задачей изобретения является создание конструкции ТВС, исключающей ее всплытие в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе.

Для решения задачи по исключению всплытия ТВС и упрощения конструкции элементов ТВС, реактора и перегрузочного оборудования предлагается хвостовики, головки, наружные оболочки ТВС и неактивные части твэлов выполнять из материалов с плотностью, большей чем у теплоносителя. В качестве конструкционных материалов могут использоваться, например, вольфрам, платина и пр.

В качестве топлива в твэлах могут быть использованы, например, карбиды и нитриды урана.

Свободное пространство твэлов может быть заполнено гетерами, снижающими давление газообразных продуктов деления.

Технический результат от предлагаемой ТВС, которая не всплывает в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе, заключается в существенном упрощении работы с данными ТВС как при загрузке их в реактор, так и при перегрузке реактора в процессе компании, а также в значительном упрощении конструкции оборудования, которое будет при этом использоваться.

Кроме того, исключается возможность возникновения аварийной ситуации, связанной со всплытием ТВС при разрушении хвостовика.

Заявленное изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-2:

Фиг.1 - схема ТВС;

Фиг.2 - сечение А-А (фиг.1).

Тепловыделяющая сборка состоит из головки 1, центральной части 2 и хвостовика 3 (фиг. 1, 2).

Головка 1 предназначена для сцепления с устройствами системы перегрузки при загрузке и выгрузке.

Центральная часть 2 состоит из очехловывающей трубы, например шестигранной, с пучком твэлов, установленным внутри нее, при этом в качестве топлива в твэлах могут быть использованы, например, карбиды и нитриды урана, а свободное пространство твэлов может быть заполнено гетерами, снижающими давление газообразных продуктов деления.

Хвостовик 3 обеспечивает установку и удержание ТВС в реакторе, а также определенный расход теплоносителя через центральное отверстие и окна, выполненные в месте соединения центральной части 2 с хвостовиком 3 ТВС.

Хвостовик 3, головка 1, очехловывающая труба центральной части 2 выполнены из материалов, имеющих плотность, большую чем у теплоносителя, что исключает плавучесть тепловыделяющей сборки в данном теплоносителе.

Полость хвостовика 3 кроме центрального канала прокачки теплоносителя заполнена материалом 4, например вольфрамом, платиной, ураном, с удельным весом, большим чем у теплоносителя.

Изобретение относится к области ядерных технологий и может быть использовано в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Тепловыделяющая сборка содержит хвостовик, головку, очехловывающую трубу и твэлы, в которой упомянутые хвостовик, головка, очехловывающая труба выполнены из материалов, имеющих плотность, большую чем у теплоносителя, и исключающих плавучесть тепловыделяющей сборки в данном теплоносителе. Объем хвостовика за исключением центрального канала прокачки теплоносителя заполнен материалом, имеющим плотность, большую чем у теплоносителя, например вольфрамом, платиной, ураном. В качестве топлива в твэлах возможно использование, например, карбидов и нитридов урана. Технический результат - исключение всплытия тепловыделяющей сборки в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе ядерных реакторов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тепловыделяющая сборка активной зоны быстрого ядерного реактора, охлаждаемого тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, содержащая хвостовик, головку, очехловывающую трубу и твэлы, отличающаяся тем, что упомянутые хвостовик, головка, очехловывающая труба выполнены из материалов, имеющих плотность, большую чем у теплоносителя, и исключающих плавучесть тепловыделяющей сборки в данном теплоносителе.

2. Тепловыделяющая сборка по п. 1, отличающаяся тем, что объем хвостовика за исключением центрального канала прокачки теплоносителя заполнен материалом, имеющим плотность, большую чем у теплоносителя, например вольфрамом, платиной, ураном.