Материал литиевого элемента термоядерного реактора Советский патент 1991 года по МПК G21B1/00 

Изобретение относится к термоядерной технике и дредяазначено для воспроизведения трития в термоядерном реакторе.

Щ)и облучении нейтронами литиевых элементов, содеpxanpixL 1-6, происходит образование трития и гелия,, которое сопровоящается выделением тепла. В настоящее время рассматривают комбинированную систему охладце|1ия литиевых элементов с помсщью воды и газообразного гелия. Литиевые элементы будут работать в среде гелия при давлениях выше и ниже атмосферкого (вплоть до вакуума).-

Извлечение трития из литиевых элементов достигается повышением температуры относительно температуры облучения в режиме накопления трития. Достаточной температурой считается та, при которой вьщеляется хотя бы 50i накопленного трития.

Перспективными материалами литиевых элементов являются химические (Соединения с высокой объёмной концентрацией лития, например окись лития .

Li , алюминат лития Li А10, ортосиликат лития . и метасилнкат ли(Л тия . Ли-гаевые элементы из данных соединений изготавливают метоСдани керамической технологии - прессованием и спеканием порошка.

Недостатком окиси и алюмината является гигроскогшчность, особенно .большая у окиси. При извлечении три- . ,тия из облученных элементов термическим методом адсорбированная влага будет загрязнять тритий протием, что потребу,ет дополнительного изотопного разделе;НИя, Недостатркорто силиката и метасили-; кат-а состоит в осыпании элементов при облучении, чему способствуют вибрации Iсопровождающие работу реактора, :осыпании меняется форма элементов и образуется пыль,

: Предлагается в качестве литиевого элемента термоядерного реактора применять литийсодержащее микрокристаллическое стекло.

Использование литийсодержащих микрокристаллических стекол (ситталов) в качестве материала литиевого элемента позвол11Т при сохранении достаточно высокой объемной концентрации лития (на уровне алюмината лития) во-первых, повысить изЬтопную концентрацию лития вследствие негигроско1ШЧНОСТИ ситаллов и, во-вторых, предотвратить осыпание элементов и запыление гелиевого потока вследствие плотной структуры ситаллов.

Практически бьши испытаны опытные литиевые элементы в виде шаров диаметром 10 мм из ситалла состава, масЛ: 55,9 SiO.; 18,9 (M,0 + gQ+PbQ}; 3,0 . Литий имел природный изотопный состав.

Объемная шютность шаров колебалась в пределах 2,62iO,02 г/см . Отсюда объемная концентрация лития 0,270+0,02 г/см или (2,34+0,02) Х10 ат/см. После облучения в ядерном реакторе до накопления трития 5,9 Ки/см (2,.%) литиевые элементы сохранили неизменными свою форму, размеры, поверхность. Образования видимых трещин и осыпания не бьшоо Облученные элементы разрушались при нагрузках9 превьппакнцих 40 кг.

Можно предположить вариант устройства литиевой зоны, в котором приме.нение ситаллов было бы наиболее эффективно. Это засыпка из шарообразных литиевых элементов, охлаждаемая гелием. Согласно оценке в этом случае литиевые элементы должны выдерживать без разрушения нагрузку около 40 кг на элемент. Ситалловые шары диаметром 10 мм удовлетворяют этому требованию.

Износостойкость ситаллов позволит периодически перемешивать шары непосредственно в объеме литиевой зоны посредством увеличения скорости гелия

до возникновения яштения кипящего слоя. Перемешивание полезно с точки зрения выравнивания степени выгорания лития по всему объему литиевой зоны и продления срока службы элементов.

Если использование ситалловых элементов предполагает отсутствие защитной оболочки, то элементы из керамики должны ее иметь. Можно предположить, что эта оболочка будет металлической с очень мелкими отверстиями, пропускающими гелий, тритий и пары тритиевой воды, но не пропускающими пьиевые частицы. Материал оболочки дожен иметь температуру плавления выше . Все конструктивные металлы и сплавы такой степенью тугоплавкости при нейтронном облучении будут активироваться с образованием гаммаактивных изотопов. Это приведет к увеличению необходимой толщины радиационной защиты сверхпроводящих обмоток магнитных катушек. Возрастут сложноети с организацией захоронения отработанньж литиешз1х элементов. Если принять во внимание, что шарообразные литиевые элементы в термоядерном реакторе будут исчисляться десятками и сотнями миллионов штук, то эффект от ликвидации оболочки виден наглядно.

Таким образом, литиевые элементы из ситапла благодаря отсутствию оболочки будут отличаться низкой себестоимостью, потребуют низких капитальных затрат на стадии изготовления, будут обладать нулевой металлоJMKOC-, тью, приведут к уменьшению толщины радиационной защиты от гамма-излучения и к С1шжению радиоактивности от- ходов.

Применение литийсодержащего микрокристаллического стекла в качестве материала литиевого элемента термоядерного реактора.