Способ охлаждения реактора-размножителя на быстрых нейтронах Советский патент 1986 года по МПК G21C1/02 

Изобретение относится к области атомной-промьшшенности и может быть использовано гфи разработке реактора на быстрых нейтронах с жидким теплоносителем, например, с водой под давлением.

Известен способ охлаждения реактора-размножителя rfa быстрых нейтронах посредством протечки газа высокого давления через топливные сборки.

Использование газового теплоносителя обеспечивает высокий коэффициент воспроизводства и практически нулевые значения пустотного эффекта реактивности. Недостатком известного способа является ненадежность охлаждения, особенно в аварийных режимах с потерей теплоносителя.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому резуль-20

тату к описываемому является способ охлаждения реактора-ра1змножителя на быстрых нейтронах, заключающийся в том, что через активную зону с тепловыделяющими сборками прокачивают «жидкий теплоноситель в смеси с газом.

Этот способ обеспечивает надежное охлаждение активной зоны при высокой

объемной энергонапряженности во всех режимах, включая аварийные, в том

числе и с потерей теплоносителя, при которых реактор может быть залит холодной водой из емкостей системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ).

Недостатками известного устройства являются относительно низкий коэффициент воспроизводства и недостаточная безопасность, обусловленная пустотным эффектом реактивности из-за наличия в активной зоне ядер,замедляющего теплоносителя.

Целью изобретения является увеличение коэффициента воспроизводства и повышение безопасности эксплуатации реактора.

Указанная цель достигается тем, что в способе охлаждения реактораразмножителя на быстрых нейтронах, заключающемся в том, что через активную зону с тепловьщеляющими сборками прокачивают жидкий теплоноситель в смеси с газом, газ подают в жидкий теплоноситель периодически, причем тепловьщелякнцие сборки выполняют таким образом, что они образуют активную з.ону с отрицательным коэффициентом реактивности по жидкому теплоносителю.

При таком способе по-существу работа реактора и воспроизводство горючего осуществляются в жестком спектре нейтронов,.когда в активной зоне находится газовый теплоноситель, а охлаждение активной зоны (в подкритическом состоянии) осуществляется жидким теплоносителем, эффективно отводящим тепло, аккумулированное в элементах активной зоны.

В качестве газового теплоносителя целесообразно использовать инертный газ, например, аргон. В качестве жидкого теплоносителя возможно использование расплавленного натрия.

На чертеже показана принципиальная конструктивная схема реактора, работающего по настоящему способу.

Конструктивная схема реакторавключает нижний торцевой экран 1, активную зону 2, боковой экран 3, верхний торцевой экран 4, тепловыделяющую сборку 5 (показана для простоты только одна сборка), участки 6, заполненные газом, участки 7, заполненные жидким теплоносителем, линию 8 подачи газа и линию. 9 подачи жидкого теплоносителя.

Согласно настоящему способу реактор-размножитель работает следующим образом.

Остановленный реактор заполнен циркулирующим через него жидким теплоносителем, например водой, под давлением, подаваемым по линии 9, и находится в подкритическом состоянии. Степень подкритичности несколько меньше эффекта реактивности при замене в активной зоне 2 жидкого теплоносителя газом.

Для вьшода на мощность на вход тепловьщеляющей сборки по линии 8 периодически подается газ, например . аргон или азот. В результате через активную зону 2 периодически проходят участки 6 с газом и участки 7 с жидким теплоносителем. До тех пор, пока длина участка 6 с газом меньше высоты активной зоны 2, реактор находится в подкритическом состоянии, но степень подкритичности соответственно уменьшается по мере увеличения высоты участков 6 с газом, обуслов5 ленной увеличением расхода газа через реактрр. Когда высота участков 6 с газом достигает высоты активной зоны 2, реактор будет работать в имразмножителя на быстрых нейтронах 31 пульсном режиме. Разгон реактора и нагрев твэлов за счет реакции делерия будет происходить при отсутствии в активной зоне 2-участка 7 жидкого теплоносителя, т.е. с большим коэффициентом воспроизводства, характерным для газоохлаждаемого реактора на быстрых нейтронах. При поступлении в активную зону 2 следующего участка 7 с жидким теплоносителем pe актор перейдет в подкритическое состояние,, в котором будет отводиться большая часть тепла, выделяющегося при разгоне реактора. Суммарное время прохождения жидкого и газового теплоносителя через активную зону составляет меньше 0,2 Длительность разгона и работы реакто ра на Мощности определяется величиной эффекта реактивности при замене жидкого теплоносителя на газ. Например, для воды под давлением зтот эффект составляет 5-10% соответствен но для окисного и металлического топлива. Для разгона реактора необхоТ има положительная реактивность порядка доли запаздьшающих нейтронов,которая для уран-плутониевой смеси составляет примерно 0,3%. Следовательно, дли тельность разгона и работы реактора на мощности будет составлять пример : но 0,01-0,02 с. За это время .в активной зоне должна вьщелиться энергия, достаточная для обеспечения необходшой за время прохождения теплоносителя средней мощности в активной зоне. При этом пиковая мощность может превьш1ать ее среднее значение 44 в десятки раз. Постоянная времени твэла составляет 1,5 с, поэтому кратковременные пики мощности приводят к относительно небольшому перегреву (60-100°С) сердечников твэлов относительно средней температуры. Поддержание средней мощности в реакторе осуществляется увеличением расхода газа через реактор и перемещением поглощающих стержней. Аппаратура контроля нейтронного потока соответственно должна быть достаточно инерционна, чтобы сглаживать пики и обеспечивать измерение средней мощности за время прохождения теплоносителя через активную зону. . При аварийной потере жидкого теплоносителя освобождается только та часть пустотного эффекта реактивности (порядка 0,3%), которая используется для разгона реактора в нормальном импульсном режиме работы, которая легко компенсируется поглощающими сте ржнями, срабатывающими за обычное время порядка 1с. Настоящий способ охлаждения реактора-размножителя на нейтронах обесйечивает увеличение коэффициента воспроизводства до уровня, характерного для газоохлаждаемых ре;- . акторов, при обеспечении надежного охлаждения активной зоны жидким теплоносителем в нормальных и аварийных режимах, включая режимы с потерей теплоносителя. Одновременно практи- чески исключается введение пустотного эффекта реактивности при аварийной потере теплоносителя. .

СПОСОБ ОХЛАВДЕНИЯ РЕАКТОРАРАЗМНОЖИТЕЛЯ НА БЫСТРЫХ,НЕЙТРОНАХ, заключающийся в том, что через акт тивную зону с тепловьщеляющими сборками прокачивают жидкий теплоноситель в смеси с газом, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью увеличения воспроизводства ядерного топЛива и повышения безопасности за счет осуществления цепной реакции нейтронами жесткого спектра, газ подают в ЯО1ДКИЙ теплоноситель периодически, причем тепловцделяющие сборки вьшолняют таким образом, что они образуют активную зону с отрицательным козффициентом реактивности по жидкому теплоносителю. s-S 7: J