БЛОК БОКОВОГО ОТРАЖАТЕЛЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ С ТЯЖЕЛЫМ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ Российский патент 2016 года по МПК G21C15/10 

Изобретение относится к области атомной техники и может использоваться в ядерных реакторах на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.

Наиболее близким аналогом изобретения является блок бокового отражателя ядерного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем по проекту БРЕСТ-ОД-300, изготовленный из стали марки 16Х12МВСФБР-Ш, снабженный внутренней проточной полостью, выход из которой расположен в верхнем торце блока [Годовой отчет НИКИЭТ-2013: Сб. статей. М.: ОАО « НИКИЭТ», 2013, стр. 21, 28-29]. Столб свинцового теплоносителя, находящийся во внутренней полости, выполняет функцию отражателя нейтронов вместе со стальными элементами конструкции блока, а отвод выделяющегося в блоке тепла происходит за счет циркуляции теплоносителя через полость.

Известное техническое решение имеет ряд недостатков. В диапазоне рабочих температур, соответствующем нормальной эксплуатации блоков, проявляются эффекты ускоренного радиационного распухания элементов конструкции блоков, требующие их частой замены, что, в свою очередь, сказывается на технико-экономических показателях работы реактора. Кроме того, при нижнем подводе теплоносителя в блоки и значительной разнице давлений между входом и выходом во внутренней полости существенны гидравлические потери.

Задачей изобретения является улучшение технико-экономических показателей работы блока бокового отражателя.

Технический результат изобретения состоит в том, что, с одной стороны, температура элементов конструкции оказывается в области меньшего радиационного повреждения, что увеличивает их сроки эксплуатации, и, с другой стороны, снижаются гидравлические потери в блоке.

Снижение гидравлических потерь достигается вследствие того, что циркуляция в проточной полости блока отражателя реализуется при меньших скоростях теплоносителя.

Результат изобретения, связанный с оптимизацией рабочей температуры элементов конструкции блоков, обусловлен предварительным нагревом теплоносителя перед входом в блок отражателя. Как было экспериментально установлено, при энергетическом спектре нейтронов и диапазоне рабочих температур, характерных для рассматриваемого типа реакторов, справедлива обратная зависимость радиационного распухания материала отражателя (стали марки 16Х12МВСФБР-Ш) от температуры. Повышенная температура теплоносителя в блоке отражателя по сравнению с известным решением смещает рабочие температуры конструкции в зону их меньшего радиационного распухания, то есть является фактором, увеличивающим ресурс эксплуатации блока в активной зоне до его замены.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в блоке бокового отражателя ядерного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, изготовленном из стали марки 16Х12МВСФБР-Ш и снабженном внутренней проточной полостью, выход из которой расположен в верхнем торце блока, полость занимает от 0.85 до 0.9 поперечного сечения блока и выполнена двухходовой с высотой опускного участка, составляющей от 0.45 до 0,65 высоты подъемного участка.

Согласно изобретению проходное сечение опускного участка может составлять от 0.02 до 0.1 проходного сечения подъемного участка, а опускной участок размещаться внутри подъемного участка. Кроме того, опускной участок может быть выполнен в виде витых трубок.

В подъемном участке могут быть установлены длинномерные тонкостенные отражательные элементы.

Сущность изобретения поясняется с помощью фигуры, на которой в схематичном виде показан фрагмент продольного сечения активной зоны с блоками бокового отражателя.

Активная зона 1 ядерного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем включает тепловыделяющие сборки 2 и окружающие их блоки бокового отражателя 3. В тепловыделяющих сборках 2 размещены стержневые цилиндрические твэлы 4. Входы 5 теплоносителя в сборки 2 расположены снизу, а выходы 6 - сверху активной зоны. Сборки 2 и блоки 3 установлены в активной зоне с вертикальными технологическими зазорами 7.

Блок бокового отражателя 3 представляет собой сборную конструкцию в виде длинномерной призмы, изготовленной из стали марки 16Х12МВСФБР-Ш. Блок 3 может иметь такое же поперечное сечение, что и тепловыделяющая сборка 2, в частности, шестиугольной формы.

В блоках 3 по всей высоте выполнены внутренние проточные полости 8, которые занимают от 0.85 до 0.9 поперечного сечения блоков. Выходы 9 теплоносителя из полостей 8 расположены в верхних торцах блоков 3, как и выходы 6 у тепловыделяющих сборок, а боковые входы теплоносителя 10 в полости 8 разнесены по высоте с входами 5 теплоносителя в тепловыделяющие сборки 2, поскольку проточная полость 8 у блоков 3 выполнена двухходовой. Высота ее опускного участка 11 составляет от 0.45 до 0.65 высоты подъемного участка 12. Опускной участок 11 внутренней полости 8 может быть выполнен с проходным сечением, составляющим от 0.02 до 0.1 проходного сечения подъемного участка 12, и размещен внутри подъемного участка. Конструктивно он может быть выполнен в виде витых трубок.

Кроме того, в подъемном участке 12 могут быть установлены длинномерные тонкостенные отражательные элементы 13.

Заявленное устройство работает следующим образом. Тяжелый жидкометаллический теплоноситель - свинец или расплав свинца с висмутом - поступает снизу активной зоны 1 в тепловыделяющие сборки 2, за исключением незначительной его части, которая распределяется между сборками 2 и между блоками бокового отражателя 3 по технологическим зазорам 7. Выше по высоте активной зоны часть движущегося снизу вверх теплоносителя из зазоров 7 через боковые входы 10 поступает в двухходовые проточные полости 8 блоков.

Циркуляция в полости 8 обеспечивает охлаждение конструкции блоков, а столб находящегося в полости теплоносителя выполняет функцию дополнительного отражателя нейтронов. Для достижения оптимальных нейтронно-физических характеристик полость 8 занимает от 0.85 до 0.90 площади поперечного сечения блока 3.

В реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем специфическое значение имеет поддержание в допустимом интервале интенсивности кислородного обмена на границе стальных поверхностей с жидким свинцом. В связи с этим в заявленном устройстве высота опускного участка 11 проточной полости 8 составляет от 0.45 до 0,65 высоты ее подъемного участка 12, позволяя поддерживать скорость теплоносителя в приемлемом интервале значений, а именно недостаточной для интенсификации коррозии, но в то же время достаточной для предотвращения шлаковых отложений.

В предложенном устройстве вследствие разнесения по высоте входов 10 и 5 достигается более экономичный режим циркуляции теплоносителя, поскольку уменьшается перепад давления между входом 10 и выходом 9 в полости 8 и снижается расход теплоносителя в ней.

В то же время, чем выше по высоте активной зоны находится вход 10, тем более нагретый теплоноситель будет поступать в блок отражателя 3. Как следует из имеющихся экспериментальных данных, для рассматриваемого материала блока - стали марки 16Х12МВСФБР-Ш - и при температурах свыше 440°C, соответствующих штатному режиму работы блока, действует обратная зависимость скорости радиационного распухания от температуры. Поэтому, чем более нагретым оказывается поступающий на вход 10 теплоноситель, тем меньшему радиационному распуханию и деформации будет подвержен блок отражателя 3 в процессе эксплуатации. В заявленном устройств, в сравнении с решением с нижним подводом теплоносителя в блоки отражателя температура элементов их конструкции оказывается в области меньшего радиационного повреждения.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет одновременно увеличить сроки эксплуатации блоков и снизить гидравлические потери.

При выполнении опускного участка 11 компактным с проходным сечением, составляющим от 0.02 до 0.1 проходного сечения подъемного участка, и соответственно его размещением внутри подъемного участка 12 улучшается устойчивость циркуляции теплоносителя в полости 8, наружный кожух и другие несущие элементы конструкции блока оказываются более нагретыми и меньше подверженными радиационному распуханию. Конструктивная реализация опускного участка 11 в виде витых трубок позволяет снизить температурную неравномерность по сечению блока.

При размещении в подъемном участке 12 длинномерных тонкостенных отражательных элементов 13 также можно выполнить гидравлическое профилирование потока по сечению блока и снизить температурную неравномерность. При этом условие по объемной доле конструкционного материала (10-15% стали и 90-85% теплоносителя) может быть удовлетворено при меньшей толщине стенок наружного кожуха блока.

Изобретение относится к ядерным реакторам на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Блок бокового отражателя изготовлен из стали марки 16Х12МВСФБР-Ш и снабжен внутренней проточной полостью, выход из которой расположен в верхнем торце блока. Полость занимает от 0.85 до 0.9 поперечного сечения блока и выполнена двухходовой с высотой опускного участка, составляющей от 0.45 до 0,65 высоты подъемного участка. Технический результат изобретения состоит в том, что температура элементов конструкции блока оказывается в области меньшего их радиационного повреждения, при этом уменьшаются гидравлические потери в блоке. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Блок бокового отражателя ядерного реактора на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, изготовленный из стали марки 16Х12МВСФБР-Ш, снабженный внутренней проточной полостью, выход из которой расположен в верхнем торце блока, отличающийся тем, что полость занимает от 0.85 до 0.9 поперечного сечения блока и выполнена двухходовой с высотой опускного участка, составляющей от 0.45 до 0,65 высоты подъемного участка.

2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что проходное сечение опускного участка составляет от 0.02 до 0.1 проходного сечения подъемного участка, а опускной участок размещен внутри подъемного участка.

3. Блок по п. 2, отличающийся тем, что опускной участок выполнен в виде витых трубок.

4. Блок по п. 1, отличающийся тем, что в подъемном участке установлены длинномерные тонкостенные отражательные элементы.