РАБОЧИЙ ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ Российский патент 2016 года по МПК G21G4/00 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для обеспечения контролируемого пуска реактора путем вывода реактора на рабочий уровень мощности после штатных и нештатных остановок.

Уровень техники

Для повышения безопасности реактора и его динамических характеристик, а также для снижения последствий пусковых реактивностных аварий, целесообразно внедрение технических мер, исключающих «слепой» пуск, так как в подкритическом реакторе нейтронный поток является единственным и наиболее важным изменяющимся параметром при повышении реактивности. Под контролируемым пуском подразумевается возможность измерения изменения потока нейтронов в активной зоне реактора в зависимости от положения компенсирующих органов штатной аппаратуры контроля.

Количество нейтронов, возникающих в активной зоне от спонтанного деления урана (~ 2 10³ нейтр/с) не достаточно для создания контролируемого потока нейтронов на измерительных камерах при пуске.

Контроль подкритичности и мощности реактора является одной из важнейших задач обеспечения ядерной безопасности. Для обеспечения контролируемого пуска реактора необходимо соблюдение соответствия нейтронной мощности активной зоны и чувствительности регистрирующих нейтронный поток ионизационных камер, расположенных в конкретном месте вблизи активной зоны.

Для обеспечения контроля необходимо либо существенно увеличить нейтронный поток в подкритическом реакторе, либо соответственно повысить чувствительность пусковой аппаратуры. Наиболее рационально задача обеспечения надежного контроля мощности реакторов (в исходном подкритическом состоянии), оснащенных импульсной пусковой аппаратурой, может быть решена за счет размещения в активной зоне источников нейтронов.

Известны источники нейтронов в виде кластерных сборок. В состав сборки входят стержни двух типов: стержни с заливкой из сурьмы и стержни с засыпкой из горячепрессованного бериллия.

Такие конструкции имеют большие габариты и занимают значительную часть активной зоны.

Известны также источники нейтронов на основе таблеток из сурьмяно-бериллиевой композиции, помещенных в единый корпус. Такая конструкция источника нейтронов используется в настоящее время в атомных судовых установках.

Недостатком этой конструкции является возможность расплавления сурьмы при изготовлении и эксплуатации источника, что приведет к расслоению сурьмяно-бериллиевой композиции и уменьшению эффективности источника.

Известен также моноэнергетический источник нейтронов, описанный в патенте RU №1762676, МПК G21G 4700, опубл. 30.08.1994. Нейтронный источник представляет собой радиоактивную сурьму, заключенную в оболочку из бериллия, которую размещают в слое железа, при этом изменяют толщину слоя бериллия и железа, а толщину определяют из расчетных соотношений.

Устройство содержит источник фотонов - сурьму в форме цилиндра, источник фотонейтронов - бериллий в форме цилиндрической трубы, фильтр нейтронов - железо в форме стакана, в который помещают систему сурьма - бериллий и закрывают пробкой из железа.

Недостатком этой конструкции также является возможность расплавления сурьмы при изготовлении и эксплуатации источника, что приведет к расслоению сурьмяно-бериллиевой композиции и уменьшению эффективности источника.

Раскрытие изобретения

Изобретение решает задачу повышения надежности рабочего источника нейтронов.

Технический результат изобретения заключается в создании дополнительных барьеров безопасности между теплоносителем и материалами активной части источника нейтронов, повышении прочности кластерных сборок стержней источников нейтронов, повышении ресурса безаварийной работы источника нейтронов, его надежности и долговечности.

На достижение каждого из указанных выше технических результатов оказывают влияние следующие отличительные признаки изобретения.

Для решения поставленной задачи предложена конструкция рабочего источника нейтронов, представляющая оболочку из прочного материала, например стали, с четырьмя винтовыми ребрами, расположенными с внешней стороны оболочки, служащими для придания прочности кластерной сборке источников нейтронов, внутри которой размещена ампула, содержащая активные элементы - сурьму и бериллий с коаксиальным расположением раздельных сурьмяных и бериллиевых полостей. Сурьма заключена в центральную оболочку ампулы из материала, который не взаимодействует с сурьмой при заливке и эксплуатации, например, из сплава на основе ниобия. Центральная оболочка ампулы выполнена герметичной. Бериллий в виде засыпки из порошка расположен между оболочкой сурьмы и оболочкой ампулы. Пористость засыпки бериллиевого порошка 45%, размер частиц 60-200 мкм. Оболочка ампулы выполнена из материала, слабо взаимодействующей с бериллием, например, из стали ферритно-мартенситного класса.

Сверху над ампулой располагается верхний газосборник, который служит компенсационным объемом-сборником газообразных продуктов деления. Газосборник через шайбы поджимается к ампуле с помощью пружины.

Снизу ампула опирается на отражатель и нижний газосборник. Газосборники, отражатель и шайбы выполнены из прочного материала, например из стали ферритно-мартенситного класса.

Внутренняя полость оболочки источника нейтронов заполнена гелием для обеспечения теплопередачи.

Оболочка источника нейтронов загерметизирована двумя хвостовиками: верхним и нижним. Герметизация производится с помощью аргонодуговой сварки.

Ампула помещается в оболочку источника нейтронов с зазором 0,1 мм.

Ампула размещена в четырехреберной оболочке для создания дополнительного барьера безопасности.

Рабочий источник нейтронов обеспечивает контролируемый пуск реактора из подкритичного состояния при полностью погруженных органах СУЗ в любой момент времени в течение полного срока службы активной зоны, кроме первоначального пуска.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображен рабочий источник нейтронов в разрезе, общий вид. На фиг. 2 изображена ампула рабочего источника нейтронов в разрезе.

Осуществление изобретения

Рабочий источник нейтронов контейнерного типа содержит оболочку 1 из стали ферритно-мартенситного класса диаметром 12 мм по гладкой части с толщиной стенки 0,4 мм с четырьмя винтовыми ребрами, расположенными с внешней стороны оболочки. Диаметр по ребрам 13,5 мм, шаг навивки ребер 750 мм (на чертеже не показаны).

Внутри оболочки размещена ампула 4 с активными элементами - сурьмой и бериллием. Активные элементы расположены в раздельных сурьмяных и бериллиевых полостях в виде коаксиальной конструкции.

Над ампулой сверху располагается верхний газосборник 5, который служит компенсационным объемом-сборником газообразных продуктов деления. Газосборник 5 через шайбы 7 поджимается к ампуле с помощью пружины 6.

Снизу ампула опирается на отражатель 8 и нижний газосборник 9.

Внутренняя полость оболочки источника нейтронов заполнена гелием для обеспечения теплопередачи.

Оболочка источника нейтронов загерметизирована двумя хвостовиками: верхним 2 и нижним 3.

Герметизация производится с помощью аргонодуговой сварки.

Оболочка источника, газосборники, отражатель и шайбы выполнены из стали ферритно-мартенситного класса.

На фиг. 2 показан вид ампулы, выполненной в виде коаксиальной конструкции, где сурьма 10, расположена в центральной оболочке ампулы 11. Центральная оболочка ампулы 11 выполнена из сплава на основе ниобия, который не взаимодействует с сурьмой при заливке и эксплуатации. Между центральной оболочкой ампулы 11 и оболочкой ампулы 12 расположен бериллий в виде засыпки (не показан). Бериллий представляет собой порошок с размером частиц 60-200 мкм, а пористость засыпки бериллиевого порошка составляет 45%.

Оболочка ампулы 12 выполнена из стали ферритно-мартенситного класса, слабо взаимодействующей с бериллием.

Центральная оболочка ампулы, где располагается сурьма, выполнена герметичной. Центральная оболочка ампулы и ее элементы могут быть выполнены, например, из сплава ВН-2АЭ.

Ампула 4 помещается в оболочку 1 из стали ферритно-мартенситного класса с зазором 0,1 мм. Длина активной части ампулы 190 мм, габаритная длина РИН (активная часть) 1720 мм.

За счет создания дополнительных барьеров безопасности между теплоносителем и материалами активной части источника рабочий источник нейтронов заявляемой конструкции, его активная часть, обеспечивает надежную работу реакторной установки на протяжении кампании 53000 эффективных часов (около 8 лет).

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для обеспечения контролируемого пуска реактора путем вывода реактора на рабочий уровень мощности после штатных и нештатных остановок. Рабочий источник нейтронов содержит оболочку с расположенными в ней активными элементами в виде изотопов сурьмы и бериллия, которые помещены в ампулу, выполненную в виде коаксиальной конструкции. При этом над или под ампулой располагается газосборник или два газосборника располагаются по одному над и под ампулой. Изобретение обеспечивает создание дополнительных барьеров безопасности между теплоносителем и материалами активной части источника нейтронов, повышение ресурса безаварийной работы источника нейтронов, его надежности и долговечности. 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рабочий источник нейтронов, содержащий оболочку с расположенными в ней активными элементами в виде изотопов сурьмы и бериллия, отличающийся тем, что активные элементы помещены в ампулу, выполненную в виде коаксиальной конструкции, причем над или под ампулой располагается один газосборник или два газосборника располагаются по одному над и под ампулой.

2. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что в центральной оболочке ампулы расположена сурьма.

3. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что между центральной оболочкой ампулы и оболочкой ампулы расположен бериллий.

4. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что центральная оболочка ампулы выполнена из сплава, который не взаимодействует с сурьмой при заливке и эксплуатации.

5. Рабочий источник нейтронов по п. 4, отличающийся тем, что центральная оболочка ампулы выполнена из сплава на основе ниобия.

6. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что бериллий представляет собой порошок с размером частиц 60-200 мкм, а пористость засыпки бериллиевого порошка составляет 45%.

7. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что оболочка ампулы выполнена из материала, слабо взаимодействующего с бериллием.

8. Рабочий источник нейтронов по п. 7, отличающийся тем, что оболочка ампулы выполнена из стали ферритно-мартенситного класса.

9. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что ампула установлена в оболочке источника нейтронов с зазором 0,1 мм.

10. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что над ампулой сверху располагается верхний газосборник, который служит компенсационным объемом-сборником газообразных продуктов деления.

11. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что газосборник через шайбы поджимается к ампуле с помощью пружины.

12. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что снизу ампула опирается на отражатель и нижний газосборник.

13. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя полость оболочки источника нейтронов заполнена гелием для обеспечения теплопередачи.

14. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что его оболочка выполнена герметичной.

15. Рабочий источник нейтронов по п. 14, отличающийся тем, что его оболочка загерметизирована двумя хвостовиками: верхним и нижним.

16. Рабочий источник нейтронов по п. 14, отличающийся тем, что герметизация производится с помощью аргонодуговой сварки.

17. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что его оболочка снабжена четырьмя винтовыми ребрами для создания дополнительного барьера безопасности.

18. Рабочий источник нейтронов по п. 1, отличающийся тем, что оболочка источника нейтронов, газосборники, отражатель и шайбы выполнены из стали ферритно-мартенситного класса.