ЯДЕРНЫЙ РАСТВОРНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 2017 года по МПК G21C1/24 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в гомогенных реакторах растворного типа для получения медицинских радиоизотопов, например молибдена-99, ксенона-133, и для выполнения активационного анализа, нейтронной радиографии и т.п. Гомогенные ядерные реакторы отличаются ядерной безопасностью ввиду присущего им выраженного отрицательного мощностного коэффициента реактивности.

Известен высоконадежный реактор "Аргус" [Афанасьев Н.М., Беневоленский A.M., Венцель О.В. и др. Реактор "Аргус" для лабораторий ядерно-физических методов анализа и контроля. - Атомная энергия. - т. 61, вып. 1.- 1986. - с. 7-9], содержащий герметичный корпус, в котором размещается активная зона с ядерным топливом в виде водного раствора уранилсульфата и пассивный холодильник змеевикового типа, погруженный в топливный раствор. Надрастворный объем корпуса заполнен воздухом под разрежением. Теплопередача от раствора к холодильнику осуществляется за счет естественной циркуляции раствора. Для удаления радиолитического водорода и кислорода служит система каталитической рекомбинации этих газов, выполненная в виде контура естественной циркуляции смеси указанных газов с воздухом-заполнителем и паром (парогазовой смеси). Высота этого контура около 3-х метров.

Для обеспечения высокой безопасности растворного реактора необходимо выполнение двух условий:

- в корпусе реактора должно поддерживаться разрежение, что ограничивает температуру раствора (не более 80°C), которая зависит от интенсивности охлаждения раствора и растет с увеличением мощности реактора;

- концентрация водорода в парогазовой смеси не должна достигать взрывоопасных значений (с запасом до 3% объемных).

Концентрация водорода зависит от мощности реактора и эффективности работы системы каталитической рекомбинации.

Эти условия ограничивают мощность реактора "Аргус" величиной около 30 кВт и соответственно снижают его потребительские качества.

Известен ядерный гомогенный реактор по патенту RU 2125743, в котором отодвигаются ограничения мощности, связанные с температурой раствора. Это достигается путем интенсификации теплообмена между раствором и внутренним холодильником за счет применения вынесенного циркуляционного насоса для топливного раствора. Однако вынесение циркуляционного насоса и части топливного раствора из корпуса реактора ограничивает локализирующую функцию корпуса и радиационную безопасность реактора. Кроме того, в этом реакторе не решается задача безопасного увеличения производительности системы каталитической рекомбинации.

Целью изобретения является повышение мощности гомогенного растворного реактора при сохранении безопасности. Поставленная цель достигается обеспечением принудительной циркуляции топливного раствора в пределах корпуса реактора и парогазовой смеси в системе каталитической рекомбинации с помощью соответственно насоса (мешалки) и вентилятора, рабочие колеса которых установлены на едином валу, помещены в единый канал и имеют единый привод. Канал имеет две группы отверстий, размещенные соответственно ниже уровня раствора и выше него, причем рабочее колесо насоса расположено ниже нижних отверстий, а рабочее колесо вентилятора расположено выше верхних отверстий.

Выступающая из корпуса реактора верхняя часть канала служит для соединения с системой каталитической рекомбинации и для размещения герметизирующего устройства вала (например, магнитной муфты), а также для крепления электропривода вала и установки двух подшипников.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез реактора. Реактор включает в себя герметичный корпус 1, частично заполненный топливным раствором, например, уранилсульфата, в который погружен холодильник 2 змеевикового типа, внутри которого прокачивается охлаждающая вода от внешнего источника.

Принудительная циркуляция топливного раствора обеспечивается рабочим колесом 3 циркуляционного насоса, отбирающего раствор через входные отверстия "а" в канале 4 и направляющего его в нижнюю часть активной зоны. Далее, раствор, выйдя из канала 4, движется вверх, омывает витки холодильника и через отверстия "а" замыкает контур принудительной циркуляции. Тепло, выделившееся в растворе в результате реакции деления, отводится водой, циркулирующей в холодильнике 2. Благодаря принудительной циркуляции топливного раствора происходит его интенсивное охлаждение и снижение давления парогазовой смеси за счет снижения парциального давления пара.

Из зеркала раствора происходит выход пузырьков радиолитического газа, который вместе с воздухом-заполнителем и паром через отверстия "б" поступает на рабочее колесо 5 вентилятора и в систему каталитической рекомбинации. Пройдя пусковой электронагреватель 6 и рекомбинатор 7, разогретая за счет выгорания водорода смесь поступает в холодильник 8 и далее - в надрастворный объем корпуса 1 и, тем самым, замыкает парогазовый контур.

Рабочие колеса насоса и вентилятора 3 и 5 размещены на едином валу 9, установленном на подшипниках 10 и приводимом во вращение электродвигателем 11 через герметизирующее устройство 12, например магнитную муфту.

Выход радиолитического водорода пропорционален мощности реактора, а концентрация водорода в парогазовой смеси обратно пропорциональна расходу смеси, который благодаря вентилятору может быть достаточно большим, чтобы не достичь опасной концентрации водорода.

В итоге применения принудительной циркуляции топливного раствора и парогазовой смеси обеспечиваются оба условия безопасности, а именно в части температуры раствора и соответственно давления парогазовой смеси, а также в части концентрации водорода, и мощность реактора типа "Аргус" может быть доведена до 100 кВт. Помимо этого значительно уменьшается габарит реактора по высоте.

Изобретение относится к средствам получения медицинских изотопов, например молибдена-99. Реактор включает корпус, заполненный раствором делящегося вещества, например уранилсульфата. Охлаждение раствора обеспечивается погруженным в него холодильником змеевикового типа, по которому прокачивается охлаждающая вода от внешнего контура. Образующиеся в растворе радиолитические водород и кислород в составе парогазовой смеси прокачиваются через катализатор, рекомбинируют, а продукт рекомбинации - водяной пар - после охлаждения возвращается в реактор в виде воды, чем поддерживается материальный баланс активной зоны. Выделение медицинских изотопов производится из раствора путем его отбора. Предусмотрена работа заявленного устройства при разрежении в газовой подушке, что исключает выход радиоактивных продуктов из корпуса и системы рекомбинации в случае потери герметичности, а также низкой концентрации водорода в парогазовой смеси, исключающей возможность взрыва. Предусмотрена также принудительная циркуляция раствора в пределах корпуса реактора и принудительная прокачка парогазовой смеси по контуру каталитической рекомбинации. Техническим результатом является увеличение мощности реактора при сохранении условий высокой безопасности за счет снижения температуры и парциального давления водяных паров, возможности увеличения объемного расхода парогазовой смеси и соответствующего снижения концентрации водорода. 1 ил.

Ядерный растворный реактор преимущественно для производства медицинских радиоизотопов, содержащий корпус, частично заполненный водным раствором делящегося вещества, в который погружен трубчатый холодильник, и систему каталитической рекомбинации радиолитических водорода и кислорода, вход и выход которой соединен с надрастворным объемом корпуса, отличающийся тем, что с целью увеличения мощности при обеспечении безопасности он снабжен побудителем циркуляции раствора в пределах корпуса и побудителем циркуляции парогазовой смеси в контуре каталитической рекомбинации, выполненными в виде установленных на общем валу рабочих колес насоса и вентилятора, размещенных во встроенном в корпус реактора канале, имеющем две группы отверстий, расположенных соответственно выше и ниже уровня раствора, причем рабочее колесо насоса установлено ниже нижних отверстий, а рабочее колесо вентилятора установлено выше верхних отверстий.