АТОМНЫЙ РЕАКТОР С АВАРИЙНОЙ САМОЗАЩИТОЙ Российский патент 2023 года по МПК G21D5/00 

Изобретение относится к атомной энергетике и ядерным силовым установкам, касается энергетического атомного (ядерного) реактора и его аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности.

Наиболее эффективное применение изобретение может найти в энергетических реакторах, предназначенных для работы при нестационарных и переходных режимах (быстром пуске и выведении на мощность, форсированном изменении мощности в режиме следования за нагрузкой, а также при резких изменениях его пространственного положения), когда в активной зоне могут возникать нейтронно-физические, теплофизические, гидравлические возмущения, приводящие к самопроизвольному возрастанию избыточной реактивности с увеличением мощности тепловыделения и температуры свыше заданного или предельно допустимого значения. Что может представлять аварийную ядерно-радиационную опасность.

Отсюда актуальность проблемы повышения эффективности и надежности аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности работы и эксплуатации таких энергетических атомных (ядерных) реакторов.

Характерным объектом применения изобретения могут быть, например, реакторы ядерных реактивных энергодвигательных установок (ЯРЭДУ) с ядерным ракетным двигателем (ЯРД) высоко маневренных летательных и плавательных аппаратов /1/. (В.А. Кузнецов. Ядерные реакторы космических установок. М., Атомиздат, 1977).

Вместе с тем, изобретение может послужить конструктивно-технологическим основанием для создания коммуникабельных, малогабаритных, компактных и более безопасных в ядерно-радиационном, техногенном и экологическом отношении, чем существующие АЭС, атомных тепло-электроэнергетических установок «малой атомной энергетики».

Изобретение направлено на повышение эффективности и надежности аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности энергетического атомного реактора использованием им собственных конструктивно-технологических, функциональных и саморегулирования реактивности средств самозащиты.

Известен реактор /2/ (патент RU 2510652, МПК G21D 1/00, 2014), используемый в ядерном ракетном двигателе (ЯРД) /3/ (патент RU 2521423, МПК F03H 99/00, 2014). Реактор содержит входящую непосредственно в его конструкцию и функционирующую с ним в едином термодинамическом процессе термокамеру со сборками теплоотводящих из активной зоны и теплопередающих рабочему теплоносителю реактора (рабочему телу ЯРД) элементов -твердотельных тепловодов, и одновременно осуществляющую защиту ядерно-радиационной безопасности его работы. Наличие термокамеры с теплопередающими тепловодами исключает прокачку рабочего теплоносителя (тела) непосредственно через его активную зону, создания в корпусе давления, а потому и взрывоопасность реактора. При этом обеспечивается защита самого рабочего теплоносителя реактора (рабочего тела ЯРД) от радиоактивного загрязнения и радиационного заражения им и уносимыми частицами ядерного топлива технологического оборудования и окружающей среды. Наряду с этим, исключается всякое влияние теплоносителя на нейтронно-физические и теплофизические свойства активной зоны, на реактивность реактора и устойчивость его работы. То есть, в этом отношении термокамера реактора с теплоотводящими и теплопередающими элементами, в аналоге твердотельными тепловодами служит его эффективным конструктивно-технологическим и функциональным средством аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности.

Существенный недостаток аналога /2/, имеющего только стержневые органы общего управления, состоит в отсутствии в нем специальных органов регулирования реактивности для аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности при отмеченных выше нестационарных режимах и условиях его работы и эксплуатации.

Известен реактор ЯРД с тепловыделяющими сборками (твэлами) в активной зоне для нагрева прокачиваемого через нее рабочего тела, аварийная защита ядерно-радиационной безопасности которого на всех стадиях жизненного цикла, обеспечивается за счет введения в его конструкцию системы ядерной безопасности, включающей центральный выдвижной элемент ядерной безопасности, выполненный в виде бериллиевого стержня и двух коаксиальных труб, полость между которыми заполнена поглотителем нейтронов. А также за счет нескольких выдвижных элементов ядерной безопасности плоской формы из поглощающего нейтроны материала, расположенных в периферийной части активной зоны. А также за счет снабжения огневого днища реактора дефлекторами, тепловыделяющих сборок чехлами, выполнения замедлителя из набора стержней из гидроидного материала, сборно-раздаточного коллектора рабочего тела, рекуперативного теплообменника, выполнения силового корпуса реактора в виде комбинированной конструкции. /4/ (С.В. Баринов и др. патент Ru 2149468, МПК G21D 5/00, 2000). Общее регулирование при этом осуществляется системой установленных вокруг корпуса поворотных барабанов с поглощающими нейтроны накладками.

Недостаток аналога /4/ состоит в усложненности конструкции и механизмов принудительного приведения в действие элементов регулирования реактивности (центрального стержня, плоских выдвижных элементов, коаксиальных труб с жидким поглотителем) для аварийной защиты механическими средствами. Причем с очевидной необходимостью использовать для этого множества элементов и электромеханических связей контроля энергетического состояния реактора. Что значительно усложняет осуществление аварийной защиты, снижает ее эффективность, быстродействие и надежность. Кроме того, не исключается взрывоопасность реактора, из-за высоконапорной прокачки непосредственно через активную зону с высокотемпературным нагревом в ней рабочего тела, представляющего к тому же радиационную опасность для окружающей среды при истечении из сопла.

Известна следующая классификация способов и средств общего и для аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности регулирования реактивности энергетического реактора, основанного на изменении плотности нейтронного потока в активной зоне за счет их поглощения вводимым поглотителем нейтронов:

- по агрегатному состоянию регулирующего вещества (твердое, жидкое или газообразное);

- по функции, выполняемой регулирующим веществом (поглотитель, топливо замедлитель или отражатель);

- по виду реактора (работающего на стационарном уровне мощности или импульсно),

- а также по цели регулирования нейтронного потока: для автоматического регулирования (АР) и компенсации возникающих, по каким либо причинам, локальных изменений реактивности при общем регулировании мощности и управлении пространственным распределением мощности, а также для аварийной защиты (АЗ) с помощью средств системы управления защитой (СУЗ) /5/. (Емельянов И.Я., Ионайтис P.P., Рабичев З.А, Анализ патентных тенденций развития систем управления ядерных реакторов. Обзор. УДК 621.039.562):

Наиболее существенные различия при этом в системе СУЗ имеют изменяющие интенсивность нейтронного потока исполнительные органы регулирования. Которые подразделяются: на твердые (стержневые и барабанные), жидкостные, газовые и на комбинированные (стержневые жидкостные, стержневые газовые). Причем жидкостные и газовые органы регулирования классифицируются следующим образом.

По месту ввода поглощающей жидкости, например, непосредственно в объем корпуса водо-водяного реактора (ВВЭР) или в его отдельные каналы при канальной конструкции.

По химическому составу поглощающей жидкости.

По способу изменения регулирующей, поглощающей способности и управления:

- концентрацией поглотителя или топлива (химические системы),

- высотой столба (уровня), или соотношением фаз (жидкость-газ),

- плотностью (нагревом или давлением), составом,

- дискретным заполнением секций или каналов по радиусу активной зоны, ее высоте с помощью механического вытеснителя (плунжера, мембраны).

Известно применение для аварийная защиты энергетического реактора многоканальной системы регулирования, представляющей собой группу стержней - локальных регуляторов реактивности, распределенных определенным образом по объему активной зоны, связанных между собой встроенными в нее детекторами внутриреакторного контроля распределения энерговыделения, передающими сигналы о возникающих локальных деформациях поля энерговыделения системе управления аварийной защитой (СУЗ), вырабатывающей и передающей по обратной электромеханической связи управляющие команды исполнительным органам /6/. (И.Я. Емельянов, П.А. Гаврилов, Б.Н. Селиверстов, Управление и безопасность энергетических ядерных реакторов. М., Атомиздат, 1975). По такому принципу, например, действует многоканальная система саморегулирования для аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности канального водо-водяного реактора (ВВЭР), состоящая из множества каналов с принудительно прокачиваемым через них кипящего поглотителем - замедлителем.

Для реализации аварийной защиты реактора многоканальной системой регулирования реактивности в /6/ описана методика ее образования, включающая порядок распределения по объему активной зоны и взаимное расположение внутриреакторных детекторов контроля энерговыделения и поглощающих элементов -локальных регуляторов реактивности (твердых стержней или каналов с жидким или газовым поглотителем) в зависимости от энергораспределения по объему активной зоны.

Недостаток известной многоканальной системы регулирования для аварийной защиты (АЗ) - аналога /6/ состоит в применении в качестве локальных регуляторов реактивности твердых поглощающих стержней и/или каналов с прокачиваемым по ним жидким или газовым поглотителем, и в принудительном (с помощью механических средств) введением стержней и/или поглотителя в активную зону. А также в использовании множества внутриреакторных детекторов контроля за энергораспределением, и различных связей, передающих сигналы устройствам СУЗ для выработки управляющих воздействий, передаваемых по обратной электромеханической связи исполнительным органам. Что в конструктивном, технологическом и в эксплуатационном отношении усложняет систему аварийной защиты, ухудшает нейтронно-физическое качество активной зоны, и снижает из-за инерционности и погрешностей действия прямых и обратных принудительных электромеханических связей эффективность, быстродействие и надежность осуществления аварийной защиты.

Предлагаемое изобретение по классификации /5/ относится к целевому признаку регулирования реактивности. А именно, -предназначено для аварийной защиты (АЗ) ядерно-радиационной безопасности реактора с помощью локальных регуляторов реактивности с введением поглотителей на отдельных участках объема активной зоны, и образованной их совокупностью и групповым действием интегральной системы регулирования. Но, осуществляется АЗ на основе саморегулирования и самозащиты с использованием для этого иных способов и средств, представляющими собой отличительную сущность изобретения.

В конструктивно - технологическом и функциональном отношении непосредственным аналогом, на основе которого может быть реализовано изобретение, являться известный атомный реактор /7/, (патент Ru 2757160 МПК G21D 1/00, 2019).

Реактор - прототип /1/ включает охлаждаемый несущий радиационно-защитный корпус, заключенную в термопрочный корпус, окруженную боковым отражателем нейтронов тепловыделяющую активную зону, органы общего регулирования и пристыкованную радиационно-защитным днищем термокамеру с входным для рабочего теплоносителя и выходным для него коллекторами. Активная зона и термокамера совместно содержат сборки теплоотводящих из активной зоны и теплопередающих теплоносителю реактора элементов - твердотельных тепловодов и/или термокапсул - тепловодов

Реактор в прототипе /1/ может быть любого типа, имеет органы общего регулирования реактивности, выполненные в виде системы поглощающих нейтроны трубчатых стержней, но, не имеет, как таковых, средств регулирования реактивности для аварийной защиты в случае возникновения, по каким либо причинам, самопроизвольного локального и общего возрастания избыточной реактивности и повышения мощности тепловыделения и температуры сверх заданного или предельно допустимого значения.

Термокапсула - тепловод представляет собой тепловую трубу, образованную единым для ее испарительного и конденсаторного участков герметичным цилиндрическим корпусом - капсулой. Корпус - капсула содержит жидкометаллический теплоноситель с высокой внутренней энергией испарения (парообразования), и выполнена с возможностью самозапуска и осуществления в ней термодинамического процесса циркуляции жидкометаллического теплоносителя.

Твердотельные тепловоды и/или термокапсулы - тепловоды в сборках герметично пропущены через радиационно-защитное днище корпуса термокамеры и нижние днища корпусов активной зоны и реактора с расположением испарительных участков термокапсул в активной зоне, а конденсаторных участков, образующих в сборках межкорпусные нагревательные каналы для прокачиваемого через них рабочего теплоносителя реактора, - в термокамере. Для образования в сборке межкорпусных нагревательных каналов на конденсаторных участках в термокамере на корпусах-капсулах выполнены определенного размера, формы и количества наружные продольные ребра. В частности, термокапсулы - тепловоды могут иметь трехреберные корпуса-капсулы с продольно прямыми или витыми полыми ребрами. Теплоотвод из активной зоны реактора с одновременным нагревом его рабочего теплоносителя в термокамнре осуществляется твердотельными тепловодами - за счет их теплопроводности, а термокапсулами-тепловодами - за счет переноса внутренней теплоты испарения (парообразования) их жидкометаллического теплоносителя.

Недостаток прототипа /7/ состоит в отсутствии в нем, как таковых, средств регулирования реактивности для аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности, предотвращающих возможность самопроизвольного, по каким либо причинам, (при ускоренном пуске и разгоне, форсированных переходных режимах, резком изменении пространственного положения реактора, технологических сбоях), возрастания избыточной реактивности и увеличения мощности тепловыделения температуры в активной зоне свыше заданного или предельно допустимого значения. Имеющаяся механическая система общего регулирования поглощающими стержнями, как и в предыдущих аналогах, не обладает необходимой для этого эффективностью, надежностью и быстродействием.

Техническая задача заключается в повышении эффективности и надежности аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности атомного (ядерного) реактора предотвращением возможности самопроизвольного, по каким либо причинам, возрастания реактивности, соответственно, мощности тепловыделения и температуры в активной зоне свыше заданного или предельно допустимого значения, посредством самозащиты локальными регуляторами реактивности и образованной ими интегральной системы саморегулирования.

Технический результат достигается тем, что, активная зона и термокамера со сборками теплоотводящих из активной зоны и теплопередающих рабочему теплоносителю в термокамере твердотельных тепловодов и/или термокапсул-тепловодов с жидкометаллическим теплоносителем, содержат включенные в эти сборки термокапсулы с жидкометаллическим поглотителем нейтронов, которые являются локальными регуляторами реактивности. В своей совокупности и совместным групповым действием при определенном количестве, распределении по поперечному сечению активной зоны и расположении относительно друг друга в общей с теплоотводящими и теплопередающими элементами сборке, образуют интегральную систему саморегулирования реактивности реактора. Термокапсулы - локальные регуляторы реактивности герметично пропущены через радиационно-защитное днище термокамеры и нижние днища корпусов реактора и активной зоны, с расположением испарительных участков в активной зоне, а конденсаторных участков - в термокамере. И концами испарительных участков подвижно зафиксированы в закрепленных на верхнем днище активной зоны патрубках, а опорными концами конденсаторных участков свободно установлены в пазах опорной решетки термокамеры.

При этом термокапсулы - локальные регуляторы реактивности, как и термокапсулы - тепловоды установлены в общей сборке с образованием в термокамере межкорпусных нагревательных каналов для прокачиваемого через них рабочего теплоносителя. Для чего конденсаторные участки их корпусов - капсул выполнены с наружными продольными прямыми или витыми полыми ребрами, полости которых, служат паровыми каналами для жидкометаллического поглотителя нейтронов.

Каждая термокапсула - локальный регулятор реактивности в общей сборке образована единым для ее испарительного и конденсаторного участков герметичным цилиндрическим корпусом - капсулой, содержащей гидравлически сообщенные между собой паровые и жидкостные с капиллярно-пористой структурой каналы. И выполнена с возможностью самозапуска в ней термодинамического процесса циркуляции жидкометаллического поглотителя нейтронов. Для чего корпус - капсула имеет толщину теплопроводных стенок, достаточную для теплопередачи по ним от нагреваемого в активной зоне испарительного участка к охлаждаемому в термокамере рабочим теплоносителем конденсаторному участку тепловой мощности и температуры для расплавления потребного для самозапуска и осуществления термодинамического процесса циркуляции количества жидкометаллического поглотителя, который находится в конденсаторном участке, изначально, в твердом состоянии.

Одним из возможных вариантов выполнения локального регулятора реактивности для образования интегральной системы саморегулирования для аварийной самозащиты реактора, может являться термокапсула с жидкометаллическим поглотителем, выполненная с единым для испарительного и конденсаторного участков герметичным корпусом - капсулой, содержащей гидравлически сообщенные между собой паровые каналы, образованные полостями испарительного участка и полых наружных ребер конденсаторного участка, и жидкостной канал с капиллярно-пористой структурой в виде твердого тугоплавкого капиллярно-пористого стержня. Для этого корпус - капсула имеет толщину теплопроводных стенок, достаточную для теплопередачи по ним от нагреваемого в активной зоне испарительного участка к охлаждаемому в термокамере конденсаторному участку тепловой мощности и температуры, необходимых для расплавления потребного для самозапуска и осуществления термодинамического процесса циркуляции количества жидкометаллического поглотителя, находящегося, изначально, в твердом состоянии в выполненной для этого в нижней части конденсаторного участка резервной зоне.

Поскольку термокапсулы - локальные регуляторы реактивности, как тепловые трубы, эффективно, устойчиво, надежно могут работать только в определенном для их жидкометаллического теплоносителя -поглотителя температурном диапазоне. То, для сохранения их работоспособности, эффективности и максимального ресурса работы при их нахождении, в общем случае, в разных по мощности тепловыделения и температуре радиальных секторах активной зоны, они должны содержать различные по температурам плавления и испарения жидкометаллические поглотители нейтронов.

При этом для нормальной работы самих термокапсул - локальных регуляторов реактивности и образованной их совокупностью работоспособной интегральной системы саморегулирования теплофизические параметры, прежде всего, рабочие температурные диапазоны, температуры плавления и испарения их жидкометаллических поглотителей должны находиться в определенном соответствии с аналогичными параметрами теплоносителей термокапсул - тепловодов, в сборку которых они включены. Причем ресурс эффективной и надежной работы их и образованной ими интегральной системы саморегулирования реактивности для аварийной самозащиты не должен быть ниже ресурса работы образующих сборку термокапсул - тепловодов.

Кроме того, для создания и эффективного функционирования интегральной системы саморегулирования реактивности, образующие ее термокапсулы - локальные регуляторов реактивности должны находиться в активной зоне в определенном количестве, распределении в зависимости от теплораспределения в ней, в частности, по ее радиальным температурным секторам, и расположении в сборке относительно друг друга.

С учетом этих и других факторов аварийная самозащита ядерно-радиационной безопасности реактора представляет собой интегральную систему саморегулирования реактивности, образованную совокупностью и совместным групповым действием термокапсул - локальных регуляторов реактивности с жидкометаллическим поглотителем нейтронов. Включенных в общую с теплоотводящими из активной зоны и теплопередающими теплоносителю реактора в термокамере элементами твердотельными тепловодами и/или термокапсулами - тепловодами сборку в определенном количестве, распределении по сечению активной зоны, в частности, ее радиальным температурным секторам, и расположении относительно друг друга в сборке. И выполненных с возможностью, при возникновении неуправляемого возрастания в месте нахождения их испарительных участков в активной зоне избыточной реактивности и увеличения мощности тепловыделения и температуры сверх заданного или предельно допустимого значения, самозапуска в них термодинамического процесса циркуляции жидкометаллического поглотителя. Происходящего в каждом из них в результате расплавления жидкометаллического поглотителя, находящегося в конденсаторном участке в термокамере, изначально, в твердом состоянии, когда текущая температура нагрева испарительного участка в активной зоне достигает значения, при котором, за счет теплопередачи по теплопроводным стенкам корпуса - капсулы, конденсаторный участок нагревается до температуры плавления в нем твердого поглотителя с образованием его жидкой фазы. Поступающей затем по капиллярно-пористой структуре жидкостного канала конденсаторного участка в испарительный участок на испарение, с последующим проходом образующегося пара по паровым каналам обратно в конденсаторный участок. Где за счет охлаждения рабочим теплоносителем, прокачиваемым по межкорпусным нагревательным каналам общей сборки, конденсируется с образованием жидкой фазы, возвращающейся по капиллярно-пористой структуре жидкостного канала в испарительный участок на испарение, и поглощение нейтронов при каждом цикле парообразования.

При этом термокапсулы - локальные регуляторы реактивности, испарительные участки которых, расположены в разных по мощности тепловыделения и температуре радиальных секторах активной зоны, содержат различные по рабочему температурному диапазону, температурам плавления и испарения и, возможно, по поглощающей способности (сечению поглощения нейтронов) жидкометаллические поглотители, причем, расположенные в более высокотемпературных радиальных секторах активной зоны, содержат наиболее высококипящие и с большим сечением поглощения нейтронов жидкометаллические поглотители.

При этом находящиеся в общей с термокапсулами - тепловодами сборке термокапсулы - локальные регуляторы реактивности содержат жидкометаллический поглотитель с температурой плавления и испарения несколько выше температуры испарения жидкометаллического теплоносителя термокапсул - тепловодов. Но, с температурой испарения, не ниже значения, обеспечивающего возможность теплопередачей по теплопроводным стенкам их корпусов - капсул расплавления потребного для самозапуска и осуществления термодинамического процесса циркуляции количества твердого жидкометаллического поглотителя, находящегося в конденсаторном участке, но, при этом не выше заданного или предельно допустимого значений.

Положительный эффект в отношении аварийной самозащиты реактора создается за счет следующих существенных факторов.

Как отмечено выше, термокамера реактора, исключающая его взрывоопасность и радиоактивное заражение истекающим из него рабочим теплоносителем окружающего пространства, и являющаяся в этом отношении конструктивно-технологическим средством для его аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности, дает так же возможность использования для этого новых, образующих систему саморегулирования реактивности средств.

В отличие от известной многоканальной интегральной системы регулирования для аварийной защиты (АЗ) ядерно-радиационной безопасности /6/, образованной твердыми или твердожидкостными поглощающими стержнями (каналами с жидким или газовым поглотителем) в изобретении интегральная система саморегулирования реактивности образована группой иных по конструкции локальных регуляторов реактивности - термокапсул с жидкометаллическим поглотителем, и с иным механизмом действия для осуществления регулирования реактивности, а именно, путем самозапуска в них термодинамического процесса его паровой и жидкостной циркуляции. Причем самозапуск процесса циркуляции и введение таким путем в активную зону жидкометаллического поглотителя термокапсулами - локальными регуляторами реактивности происходит самопроизвольно, и только при достижении в процессе работы реактора температурой в месте их нахождения в активной зоне заданного или предельно допустимого значения. То есть, и контроль температуры для самозапуска циркуляционного процесса поглощения, и введение поглотителя в активную зону для устранения возникшей, по каким либо причинам, локальной избыточной реактивности и увеличения мощности тепловыделения и температуры сверх заданного или предельно допустимого значения осуществляются автоматически, без необходимости использования для этого никаких вспомогательных инструментов прямой и обратной связей с исполнительными органами СУЗ. Этим существенно упрощается конструкция и технология осуществления аварийной самозащиты реактора, чем повышается ее эффективность, быстродействие и надежность.

Поскольку поглощение нейтронов в процессе циркуляции поглотителя происходит по всей высоте находящихся в активной зоне испарительных участков термокапсул - локальных регуляторов реактивности, то искажения энергетического поля по высоте активной зоны не происходит.

Использованием термокапсул - локальных регуляторов реактивности с различными по рабочему температурному диапазону, температурам плавления и испарения жидкометаллическими поглотителями, а также их в определенном количестве распределении по радиальным температурным секторам активной зоны и расположении относительно друг друга в сборках, создается возможность образования работоспособной, эффективно и надежно функционирующей интегральной системы саморегулирования реактивности с максимально возможным ресурсом работы.

Согласованностью в общей сборке теплофизических параметров - рабочих температурных диапазонов, температур плавления и испарения термокапсул - локальных регуляторов реактивности с аналогичными параметрами термокапсул - тепловодов, а также выбором жидкометаллических поглотителей с определенными температурами плавления и испарения обеспечивается работоспособность и эффективность действия сборки, как интегральной системы саморегулирования реактивности.

Идентичностью конструкции и механизмов функционирования термокапсул - локальных регуляторов реактивности и термокапсул -тепловодов обеспечивается их максимально высокая конструктивно-технологическая совместимость и компактность сборок, конструкции активной зоны и термокамеры реактора, а также образованной ими интегральной системы саморегулирования реактивности.

Использованием термокапсул - локальных регуляторов реактивности с необходимой (расчетной) толщиной теплопроводных стенок их корпусов-капсул для расплавления в конденсаторном участке необходимого для запуска и осуществления циркуляционного процесса количества твердого жидкометаллического поглотителя, исключается необходимость применения для этого специальных нагревательных устройств, чем существенно упрощается конструкция, повышается компактность, снижаются габаритно-весовые параметры реактора и его системы саморегулирования.

Использованием в термокапсулах - локальных регуляторах реактивности жидкометаллического поглотителя с высокой внутренней теплотой испарения (парообразования) достигается существенное повышение быстродействия и надежности осуществления аварийной самозащиты. Положительный эффект при этом состоит в том, что резкое снижение температуры в активной зоне происходит одновременно, и за счет компенсации избыточной реактивности поглощением нейтронов, и интенсивным теплоотводом из нее самим же поглотителем.

Образованием в конденсаторном участке термокапсулы -локального регулятора реактивности резервной зоны с расчетным запасом твердого жидкометаллического поглотителя в зависимости от изменения температуры в активной зоне, и, соответственно, изменения расплавленного объема его жидкой фазы, а потому интенсивности циркуляции и плотности поглотителя, создается дополнительная возможность осуществления саморегулирования реактивности.

Всем этим, при компактности и технологичности конструкции и улучшении габаритно-весовых параметров, благодаря применению для саморегулирования термокапсул - локальных регуляторов и образованной ими интегральной системой регулирования реактивности, создается возможность повышения эффективности и надежности аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности атомного (ядерного) реактора при нестационарных режимах его работы и эксплуатации на протяжении всего его жизненного цикла.

Среди возможных по поглощающей способности жидкометаллических поглотителей нейтронов для использования в термокапсулах локальных регуляторах реактивности и образованной ими интегральной системе саморегулирования реактивности реактора для его аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности, могут быть такие, как: кадмий (Gd), самарий (Sm), европий (Eu), бор (В), бориды. /1/, /8/. /9/, /10/. Кадмий и самарий хорошо могут работать на тепловых нейтронах, а европий и его превращения - при всех энергиях нейтронов.

При этом все они, в особенности, бор, бориды, обладают сравнительно высокой внутренней теплотой испарения (парообразования). Что дает возможность их эффективного использования в термокапсуле - локальном регуляторе реактивности одновременно, и в качестве сильного поглотителя нейтронов, и как эффективного теплоносителя для теплоотвода из активной зоны, с получением за счет этого двойного эффекта в отношении повышения эффективности, быстродействия и надежности осуществления аварийной самозащиты.

В каждом конкретном случае реализация изобретения, выбор необходимого количества, порядка радиального распределения по активной зоне и расположения относительно друг друга в сборке для образования эффективной и надежно действующей интегральной системы саморегулирования реактивности реактора для его аварийной самозащиты определяется на основе опытных данных и тестовых испытаний образцов, а также специально разработанной экспериментально - теоретической методики. Для этого, например, в определенном объеме могут быть использованы инструменты описанной в /6/ экспериментально-теоретической методики образования интегральной многоканальной системы регулирования.

Изобретение поясняется на следующих чертежах.

На фиг. 1 показан общий вид описываемого атомного реактора с аварийной самозащитой.

На фиг. 2 показана конструкция атомного реактора с аварийной самозащитой, содержащего в активной зоне и термокамере сборка теплоотводящих из активной зоны и теплопередающих рабочему телу реактора элементов - тепловодов с включенными в сборку термокапсулами - локальными регуляторами реактивности.

На фиг. 3а, б показаны фрагменты вариантов конструкции теплопередающих сборок термокапсул - тепловодов с включенными термокапсулами - локальными регуляторами реактивности, выполненными с продольными прямыми и витыми полыми ребрами.

На фиг. 4а, б показаны в поперечных сечениях термокамеры конструкция общей сборки термокапсул - тепловодов с возможной схемой распределения по сечению включенных в сборку термокапсул - локальных регуляторов реактивности, выполненных в вариантах с продольными прямыми и витыми полыми ребрами.

На фиг. 5 показана конструкция локального регулятора реактивности, выполненного в виде термокапсулы с жидкометаллическим поглотителем нейтронов.

На фиг. 6а,б показаны возможные схемы распределения по поперечному сечению термокамеры в сборке термокапсул -тепловодов включенных в сборку термокапсул - локальных регуляторов реактивности для образования их совокупностью интегральной системы саморегулирования для аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности реактора.

На фиг. 1 показан общий вид описываемого атомного реактора с аварийной самозащитой, где:

1 - охлаждаемый радиационно-защитный корпус реактора,

2 - активная зона,

3 - термокамера реактора,

4 радиационно-защитное днище термокамеры,

5 органы общего регулирования реактора.

Реактор может быть любого типа (на тепловых, быстрых или промежуточных нейтронах) с любой по составу активной зоной (твердой, жидкой, жидкообразной, газообразной). В частности, на тепловых нейтронах с твердой активной зоной 2, содержащей ядерное топливо в виде засыпки из частиц (гранул, капсул, порошка) урана или его кислородного, азотного, углеродного соединений.

Радиационно-защитный корпус 1 реактора, включающий прочный несущий корпус 6 с рубашкой 7 и каналом 8 внешнего охлаждения и с внутренней радиационной термозащитой 9, содержит заключенную в термопрочный корпус 10 тепловыделяющую активную зону 2, окруженную боковым отражателем нейтронов 11, и пристыкованную радиационно-защитным днищем 4 термокамеру 3. Термокамера 3 имеет прочный охлаждаемый корпус 12 высокого давления с входным 13 для теплоносителя реактора и выходным 14 коллекторами, и содержит совместно с активной зоной 2 сборки 15 (условно отмечены дугой) теплоотводящих из активной зоны 2 и теплопередающих теплоносителю реактора в термокамере 3 элементов - твердотельных тепловодов и/или термокапсул - тепловодов (фиг. 2).

16 - опорная решетка термокамеры,.

17 - верхний торцевой отражатель.

Органы общего регулирования 5 реактора могут быть любыми - стержневыми, барабанными и известными другими. Например, выполненными в виде системы трубчатых элементов с поглощающими нейтроны стержнями 18, соединенными штоками 19 с управляющими приводами, в частности, гидроприводами 20 (см. фиг. 1, фиг. 2).

21 - рубашка с каналом 22 внешнего охлаждения корпуса 12 термокамеры 3.

23 - входной патрубок теплоносителя для охлаждения корпуса 12 термокамеры.

С целью повышения эффективности и надежности аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности реактора предотвращением возможности самопроизвольного, по каким либо причинам, возрастания его реактивности, и увеличения мощности тепловыделения и температуры в активной зоне сверх заданного или предельно допустимого значения, в сборку 15 теплоотводящих из активной зоны 2 и теплопередающих в термокамере 3 рабочему теплоносителю реактора элементов - термокапсул - тепловодов 24 включены термокапсулы 25 с жидкометаллическим поглотителем нейтронов. Которые являются локальными регуляторами реактивности, и в своей совокупности и совместным групповым действием образуют интегральную систему саморегулирования реактивности реактора для аварийной ядерно-радиационной самозащиты (фиг. 3).

На фиг. 3а.б показаны фрагменты возможных вариантов конструкции общих сборок 15 термокапсул - тепловодов 24 с включенными в них термокапсулами - локальными регуляторами реактивности 25. (На чертежах термокапсулы - локальные регуляторы реактивности 25 в общих сборках 15 условно помечены крестиком).

Термокапсулы - локальные регуляторы реактивности 25, как и термокапсулы - тепловоды 24, выполнены с наружными продольными полыми ребрами 26. В одном варианте конструкции сборки 15 ребра 26 выполнены с продольными прямыми (фиг. 3а) ребрами, в другом варианте - с витыми ребрами (фиг. 3б). (На чертежах ребра обозначены единой позицией 26). В общей сборке 15 ребра 26 образуют межкорпусные нагревательные каналы 27 для прокачиваемого через них рабочего теплоносителя реактора.

Термокапсулы - локальные регуляторы реактивности 25, (как и термокапсулы - тепловоды 24), в общей сборке 15, герметично пропущены через радиационно-защитное днище 4 термокамеры 3, нижнее днище 28 несущего корпуса 6 реактора и нижнее днище 29 активной зоны 2, с расположением их испарительных участков 30 в активной зоне 2, а конденсаторных участков 31 - в термокамере 3. Верхними концами испарительных участков термокапсулы -локальные регуляторы реактивности 25 подвижно зафиксированы в патрубках 32, закрепленных на верхнем днище 33 активной зоны, а опорами 34 нижних концов конденсаторных участков 31 установлены в опорной решетке 16 термокамеры 3 (см. фиг. 2 и фиг. 3).

35 - окна в опорной решетке 16 для прохода рабочего теплоносителя реактора.

36 - пазы в опорной решетке 16 для установки опор 34 конденсаторных участков термокапсул - тепловодов 24 и локальных регуляторов реактивности 25.

Фиксацией концов испарительных участков 30 термокапсул - локальных регуляторов реактивности 25, (как и термокапсул - тепловодов 24), в патрубках 32 повышается их устойчивость от изгибных температурных деформаций и общая жесткость конструкции корпуса активной зоны. А возможность их свободного в них продольного перемещения исключает термические напряжения от температурного расширения.

На фиг. 4а,б в сечении термокамеры на фиг. 2 по (Б-Б) показана условная, качественная схема расположения в общей сборке 15 конденсаторных участков 31 термокапсул - локальных регуляторов реактивности 25, выполненных, как и на фиг. 3а,б, в двух вариантах - с прямыми (фиг. 4а) и с витыми ребрами 26 (фиг. 4б).

Одним из возможных вариантов выполнения локального регулятора реактивности 25 в интегральной системе саморегулирования реактора может быть конструкция, показанная на фиг. 5. Локальный регулятор реактивности представляет собой термокапсулу с жидкометаллическим поглотителем нейтронов, образованную единым для ее испарительного 30 и конденсаторного 31 участков герметичным корпусом - капсулой 37. Корпус - капсула 37 содержит гидравлически сообщенные между собой, паровые каналы, образованные полостью 38 испарительного участка 30 и полостями 39 полых наружных ребер 26 конденсаторного участка 31, и жидкостной канал с капиллярно-пористой структурой, выполненной в виде твердого тугоплавкого капиллярно-пористого стержня 40.

Для расплавления необходимого для самозапуска, осуществления и регулирования в термокапсуле - локальном регуляторе реактивности 25 термодинамического процесса циркуляции жидкометаллического поглотителя количества его твердой массы, теплопередачей по теплопроводным стенкам 41 корпуса - капсулы 37 от нагреваемого в активной зоне испарительного участка 30 к охлаждаемому в термокамере конденсаторному участку 31 тепловой мощности и температуры, корпус - капсула 37 выполнена с достаточной для этого толщиной теплопроводных стенок 41. А в нижней части конденсаторного участка 31 выполнена резервная зона 42, содержащая нужный запас твердого поглотителя.

В реакторе самозапуск термокапсул локальных регуляторах реактивности 25 происходит при достижении текущей температурой нагрева (Тн) их испарительных участков 30 в активной зоне 2 значения, при котором, за счет теплопередачи по теплопроводным стенкам 41 корпуса - капсулы 37 достигается температура плавления (Тпл) в резервной зоне 42 определенной массы твердого жидкометаллического поглотителя. Образующаяся жидкая фаза поглотителя поступает по капиллярной структуре жидкостного канала (стержню 40) в паровой канал 38 испарительного участка 30 на парообразование, с последующим проходом пара по паровым каналам 39 ребер 26 обратно в конденсаторный участок 31 на конденсацию, охлаждением, прокачиваемым по межкорпусным каналам 27 теплоносителем реактора. Затем образующаяся жидкая фаза поглотителя возвращается по стержню 40 обратно в испарительный участок 30 на парообразование и поглощение нейтронов, предотвращая, тем самым, возрастание возникшей в области нахождения термокапсул - локальных регуляторов 25 избыточной реактивности, и возможность увеличения из-за этого мощности тепловыделения и температуры свыше заданного (Тз) или предельно допустимого (Тпд) значения.

На чертеже фиг. 5 траектория циркуляции паровой и жидкостной фаз жидкометаллического поглотителя по паровым каналам 38, 39 и жидкостному каналу - капиллярно-пористому стержню 40 внутри корпуса-капсулы 37, а также подвод тепла к испарительному участку 30 (для испарения в активной зоне) и его отвод от стенок 41 снаружи корпуса - капсулы 37 и ребер 26 конденсаторного участка 31 (для конденсации пара в термокамере) условно показано стрелками.

Выбор жидкометаллических поглотителей нейтронов для термокапсул - локальных регуляторов реактивности поглотителей нейтронов в каждом конкретном случае производится, прежде всего, с учетом их поглощающих свойств (сечения поглощения), рабочего температурного диапазона, температуры плавления и испарения, и в зависимости, от теплораспределения по поперечному (радиальному) сечению активной зоны. А так же с учетом совместимости их теплофизических параметров - рабочих температурных диапазонов, температуры плавления и испарения с аналогичными параметрами термокапсул - тепловодов, в сборку которых, они включены.

Для термокапсул - локальных регуляторов реактивности и образованной ими интегральной системы аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности могут быть использованы такие известные сильно поглощающие нейтроны жидкометаллические теплоносители - поглотители, как кадмий (Gd) с сечением поглощения нейтронов равным 45000 барн, Самарий (Sm) с сечением 5600 барн, Европий (Eu) с сечением 4300 барн, бор (В) с сечением 4017 барн,

Вместе с тем, поскольку термокапсула - локальный регулятор реактивности является тепловой трубой, а поглотитель нейтронов является одновременно ее теплоносителем, то при выборе поглотителя для эффективности и надежности работы целесообразно учитывать предъявляемые к поглотителю такие дополнительные требования, как:

- иметь высокую теплоту испарения (парообразования), чтобы обеспечить максимальный теплоперенос при минимальном расходе,

- обладать высоким коэффициентом теплопроводности, чтобы обеспечить минимальный радиальный перепад температуры,

- иметь низкую вязкость, чтобы снизить до минимума сопротивление трения при циркуляции жидкой и паровой его фаз,

- обладать значительной силой поверхностного натяжения, чтобы обеспечить хорошее смачивание капиллярно - пористой структуры (стержня 40) корпуса - капсулы 37 и, соответственно, максимальную его производительность, как капиллярного насоса,

- обладать, минимальной коррозионной активностью по отношению к стенкам корпуса - капсулы 37 и стержня 40 при высокой температуре, чтобы обеспечить максимальный ресурс,

- иметь низкую растворимость в стенках 41 (например, из вольфрама, молибдена, ниобия, циркония) корпуса - капсулы 37.

Для образования работоспособной, эффективно и надежно функционирующей интегральной системы саморегулирования для аварийной самозащиты термокапсулы - локальные регуляторы реактивности 25 включены в общую с термокапсулами - тепловодами 24 сборку 15 в определенном количестве, распределении по поперечному сечению активной зоны 2, в частности, по ее радиальным температурным секторам и расположении в сборке относительно друг друга.

При этом для обеспечения работоспособности, эффективности и максимального ресурса работы термокапсулы - локальные регуляторы реактивности 25, испарительные участки 30 которых, находятся в разных по мощности тепловыделения и температуре радиальных секторах активной зоны 2, должны содержать соответствующие этому теплораспределению различные по рабочему температурному диапазону, температурам плавления и испарения жидкометаллические поглотители нейтронов. Причем, термокапсулы - локальные регуляторы реактивности, содержащие более высококипящие и, возможно, с большим сечением поглощения нейтронов жидкометаллические поглотители, располагаются в наиболее высокотемпературных радиальных секторах активной зоны.

Теплофизические параметры при этом, прежде всего, рабочие температурные диапазоны, температуры плавления и испарения термокапсул - регуляторов 25 реактивности должны быть согласованы с аналогичными параметрами термокапсул - тепловодов 24, в сборку которых они включены.

Так, для обеспечения работоспособности системы регулирования реактивности термокапсулы - локальные регуляторы реактивности 25, находящиеся в общей с термокапсулами - тепловодами 24 сборке 15, содержат жидкометаллический поглотитель, имеющий температуру плавления (Тпл) и испарения (Тисп) выше температуры испарения (Т1исп) жидкометаллического теплоносителя термокапсул - тепловодов 24. В противном случае, из-за опережения вступления в действие термокапсул - локальны регуляторов реактивности 25 начала работы (запуска) термокапсул - тепловодов 24 система локального саморегулирования становится не работоспособной.

Например, сборка 15, состоящая из термокапсул - тепловодов 24 с литиевым жидкометаллическим теплоносителем и термокапсул -локальных регуляторов реактивности 25 с кадмиевым поглотителем, как система регулирования реактивности для аварийной самозащиты, не работоспособна, поскольку температура испарения кадмия (Тисп)=1038°К) ниже температуры испарения лития (Т1исп=1623°К). Но, вполне работоспособна, например, с европием (Тпл=1100, Тисп=1802)°К или самарием (Тпл=1350, Тисп=2064)°К.

При этом температура испарения (Тисп) поглотителя не должна быть ниже значения температуры нагрева (Тн) испарительного участка 30 в активной зоне реактора, потребного для расплавления теплопередачей по теплопроводным стенкам 41 корпуса - капсулы 37 и самозапуска циркуляционного процесса количества твердого поглотителя, находящегося в резервной зоне 42 конденсаторного участка 31 термокамеры. Но, вместе с тем, не должна превышать заданного (Тз) или предельно допустимого (Тпд) значений.

Таким образом, для работоспособности системы саморегулирования реактивности аварийной самозащиты необходимо, прежде всего, выполнение следующих принципиальных условий: Тн>Тисп<(Тз или Тпд); Тисп>Тпл>Т1исп.

Примером возможных работоспособных по совместимости температур плавления и испарения для совместной работы в общих сборках сочетаний жидкометаллических теплоносителей термокапсул - тепловодов и поглотителей термокапсул - локальных регуляторов реактивности могут быть следующие пары:

теплоноситель - калий (Т1пл=337, Т1исп=1033)°К, -

поглотитель - европий (Тпл=1100, Тисп=1802)°К,

или поглотитель - самарий (Тпл=1350, Тисп=2064)°К,

или поглотитель - бор (Тпл=2300,Тисп=2760)°К;

теплоноситель - натрий (Т1 пл=371, Т1 исп=1155)°К, -

;поглотитель - самарий (Тпл=1350, Тисп=2064)°К;

теплоноситель - литий (Т1пл=455, Т1исп=1623)°К, -

поглотитель - бор (Тпл=2300,Тисп=2760)°К.

Или гипотетически:

теплоноситель - бериллий (Т1пл=1560, Т1исп=2400)°К, -

поглотитель - бор (Тпл=2300, Тисп=2760)°К.

Для повышения быстродействия и надежности аварийной самозащиты целесообразно использование жидкометаллических поглотителей с высокой внутренней теплотой испарения (парообразования). Чем особенно отличается бор, (бориды), внутренняя теплота парообразования которого, составляет весьма значительную величину - 17400 кДж/кг.(Для кадмия - 1200 кДж/кг, для европия - 1162 кДж/кг). Этим достигается положительный двойной эффект, состоящий в том, что при самозапуске термокапсулы -локального регулятора реактивности 25 снижение температуры в активной зоне происходит одновременно и за счет компенсации избыточной реактивности поглощением нейтронов, и интенсивным теплоотводом из нее поглотителем с высокой внутренней теплотой испарения.

Как, отмечалось выше, в каждом конкретном случае реализация изобретения, выбор необходимого количества, порядка радиального распределения по активной зоне и расположения относительно друг друга в сборке для образования интегральной системы саморегулирования реактивности реактора для его аварийной самозащиты определяется на основе специально разработанной экспериментально - теоретической методики, опытных данных и тестовых испытаний.

На фиг. 6а.б для иллюстрации показаны качественные схемы возможного распределения термокапсул - тепловодов, включенных в сборку термокапсул - локальных регуляторов реактивности для образования в их совокупности интегральной системы регулирования для аварийной самозащиты ядерно-радиационной безопасности реактора. Например, по линейно - шахматной схеме для термокапсул - локальных регуляторов реактивности 25 с продольными прямыми ребрами (фиг. 6а). И по радиально - шахматной схеме для термокапсул - локальных регуляторов реактивности 25 с продольными витыми ребрами 26 (фиг. 6б).

Использованные источники информации /1/ Кузнецов. «Ядерные реакторы космических установок». М. Атомиздат, 1977.

/2/ В.И. Беляев, патент RU 2510652, МПК G21D 1/00, 2014.

/3/, В.И. Беляев, патент RU 2521423, МПК F03H 99/00, 2014.

/4/ С.В. Баринов и др, патент Ru 2149468, МПК G21D 5/00, 2000.

/5/ Емельянов И.Я., Ионайтис Р.Р., Рабичев З.А, «Анализ патентных тенденций развития систем управления ядерных реакторов». Обзор. Роспатент УДК 621.039.562.

/6/ И.Я. Емельянов, П.А. Гаврилов, Б.Н. Селиверстов, «Управление и безопасность энергетических ядерных реакторов». М., Атомиздат, 1975 г..

/7/ В.И. Беляев, патент Ru 2757160 МПК G21D 5/00, 2021). - прототип

/8/ М.Н. Ивановский и др. «Физические основы тепловых труб». М., Атомиздат 1978 г

/9/ В.С. Чиркин, «Теплофизические свойства материалов ядерной техники». Атомиздат, Москва, 1968 г.

/10/ Б.А. Дементьев, «Кинетика и регулирование ядерных реакторов», М., Атомиздат, 1973 г.

Изобретение относится к энергетическому атомному реактору с аварийной защитой. Реактор содержит охлаждаемый несущий радиационно-защитный корпус, активную зону, заключенную в термопрочный корпус и окруженную боковым отражателем нейтронов, органы общего регулирования и пристыкованную радиационно-защитным днищем термокамеру с входным и выходным коллекторами для рабочего теплоносителя. Защита реактора выполнена на основе средств саморегулирования его реактивности локальными регуляторами реактивности, выполненными в виде термокапсул с жидкометаллическим поглотителем нейтронов, образующих в своей совокупности интегральную систему саморегулирования для аварийной самозащиты. Термокапсулы герметично пропущены через радиационно-защитное днище термокамеры и нижние днища корпусов реактора и активной зоны, с расположением испарительных участков в активной зоне, а конденсаторных участков - в термокамере, причем концами испарительных участков термокапсулы подвижно зафиксированы в закрепленных на верхнем днище активной зоны патрубках, а опорными концами конденсаторных участков свободно установлены в пазах опорной решетки термокамеры. Техническим результатом является повышение эффективности и надежности аварийной защиты ядерно-радиационной безопасности атомного реактора. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Атомный реактор с аварийной самозащитой, включающий охлаждаемый несущий радиационно-защитный корпус, заключенную в термопрочный корпус, окруженную боковым отражателем нейтронов тепловыделяющую активную зону, органы общего регулирования и пристыкованную радиационно-защитным днищем термокамеру с входным для рабочего теплоносителя и выходным для него коллекторами, содержащую совместно с активной зоной сборки теплоотводящих из активной зоны и теплопередающих рабочему теплоносителю в термокамере элементов - твердотельных тепловодов и/или термокапсул тепловодов с жидкометаллическим теплоносителем, отличающийся тем, что активная зона и термокамера со сборками теплоотводящих из активной зоны и теплопередающих рабочему теплоносителю в термокамере твердотельных тепловодов и/или термокапсул - тепловодов с жидкометаллическим теплоносителем содержат включенные в эти сборки термокапсулы с жидкометаллическим поглотителем нейтронов, которые являются локальными регуляторами реактивности, и в своей совокупности и совместным групповым действием при определенном количестве, распределении по поперечному сечению активной зоны и расположении относительно друг друга в общей с теплоотводящими и теплопередающими элементами сборке образуют интегральную систему саморегулирования реактивности реактора, термокапсулы - локальные регуляторы реактивности герметично пропущены через радиационно-защитное днище термокамеры и нижние днища корпусов реактора и активной зоны с расположением испарительных участков в активной зоне, а конденсаторных участков - в термокамере и концами испарительных участков подвижно зафиксированы в закрепленных на верхнем днище активной зоны патрубках, а опорными концами конденсаторных участков свободно установлены в пазах опорной решетки термокамеры, термокапсулы - локальные регуляторы реактивности, как и термокапсулы - тепловоды установлены в общей сборке с образованием в термокамере межкорпусных нагревательных каналов для прокачиваемого через них рабочего теплоносителя, для чего конденсаторные участки их корпусов - капсул выполнены с наружными продольными прямыми или витыми полыми ребрами, полости которых служат паровыми каналами для жидкометаллического поглотителя нейтронов, каждая термокапсула - локальный регулятор реактивности в общей сборке образована единым для ее испарительного и конденсаторного участков герметичным цилиндрическим корпусом - капсулой, содержащей гидравлически сообщенные между собой паровые и жидкостные с капиллярно-пористой структурой каналы, и выполнена с возможностью самозапуска в ней термодинамического процесса циркуляции жидкометаллического поглотителя нейтронов, для чего корпус - капсула имеет толщину теплопроводных стенок, достаточную для теплопередачи по ним от нагреваемого в активной зоне испарительного участка к охлаждаемому в термокамере рабочим теплоносителем конденсаторному участку тепловой мощности и температуры для расплавления потребного для самозапуска и осуществления термодинамического процесса циркуляции количества жидкометаллического поглотителя, находящегося в конденсаторном участке, изначально, в твердом состоянии.

2. Атомный реактор по п. 1, отличающийся тем, что его аварийная самозащита ядерно-радиационной безопасности представляет собой интегральную систему саморегулирования реактивности, образованную совокупностью и совместным групповым действием термокапсул - локальных регуляторов реактивности с жидкометаллическим поглотителем нейтронов, включенных в общую с теплоотводящими из активной зоны и теплопередающими теплоносителю реактора в термокамере элементами твердотельными тепловодами и/или термокапсулами - тепловодами сборку в определенном количестве, распределении по сечению активной зоны, в частности, ее радиальным температурным секторам, и расположении относительно друг друга в сборке, и выполненных с возможностью, при возникновении неуправляемого возрастания в месте нахождения их испарительных участков в активной зоне избыточной реактивности и увеличения мощности тепловыделения и температуры сверх заданного или предельно допустимого значения, самозапуска в них термодинамического процесса циркуляции жидкометаллического поглотителя, происходящего в каждом из них в результате расплавления жидкометаллического поглотителя, находящегося в конденсаторном участке в термокамере, изначально, в твердом состоянии, когда текущая температура нагрева испарительного участка в активной зоне достигает значения, при котором, за счет теплопередачи по теплопроводным стенкам корпуса - капсулы, конденсаторный участок нагревается до температуры плавления в нем твердого поглотителя с образованием его жидкой фазы, поступающей затем по капиллярно-пористой структуре жидкостного канала конденсаторного участка в испарительный участок на испарение, с последующим проходом образующегося пара по паровым каналам обратно в конденсаторный участок, где за счет охлаждения рабочим теплоносителем, прокачиваемым по межкорпусным нагревательным каналам общей сборки, конденсируется с образованием жидкой фазы, возвращающейся по капиллярно-пористой структуре жидкостного канала в испарительный участок на испарение, и поглощение нейтронов при каждом цикле парообразования, термокапсулы - локальные регуляторы реактивности, испарительные участки которых, расположены в разных по мощности тепловыделения и температуре радиальных секторах активной зоны, содержат различные по рабочему температурному диапазону, температурам плавления и испарения и, возможно, по поглощающей способности (сечению поглощения нейтронов) жидкометаллические поглотители, причем, расположенные в более высокотемпературных радиальных секторах активной зоны, содержат наиболее высококипящие и с большим сечением поглощения нейтронов жидкометаллические поглотители, при этом находящиеся в общей с термокапсулами - тепловодами сборке термокапсулы - локальные регуляторы реактивности содержат жидкометаллический поглотитель с температурой плавления и испарения несколько выше температуры испарения жидкометаллического теплоносителя термокапсул - тепловодов, но, с температурой испарения, не ниже значения, обеспечивающего возможность теплопередачей по теплопроводным стенкам их корпусов - капсул расплавления потребного для самозапуска и осуществления термодинамического процесса циркуляции количества твердого жидкометаллического поглотителя, находящегося в конденсаторном участке, но, при этом не выше заданного или предельно допустимого значений.

3. Атомный реактор по пп. 1, 2, отличающийся тем, что локальный регулятор реактивности выполнен в виде термокапсулы с единым для испарительного и конденсаторного участков герметичным корпусом - капсулой, содержащей гидравлически сообщенные между собой паровые каналы, образованные полостями испарительного участка и полых наружных ребер конденсаторного участка, и жидкостной канал с капиллярно-пористой структурой в виде твердого тугоплавкого капиллярно-пористого стержня, причем корпус - капсула имеет толщину теплопроводных стенок, достаточную для теплопередачи по ним от нагреваемого в активной зоне испарительного участка к охлаждаемому в термокамере конденсаторному участку тепловой мощности и температуры, необходимых для расплавления потребного для самозапуска и осуществления термодинамического процесса циркуляции количества жидкометаллического поглотителя, находящегося, изначально, в твердом состоянии в выполненной для этого в нижней части конденсаторного участка резервной зоне.