ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР Советский патент 1996 года по МПК G21C7/22 

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в газоохлаждаемых ядерных реакторах с насыпной активной зоной из шаровых тепловыделяющих элементов (твэлов).

Известен газоохлаждаемый ядерный реактор с насыпной активной зоной из шаровых твэлов, в котором предусмотрены две системы безопасности: стержни СУЗ, вводимые в каналы бокового отражателя, и малые поглощающие шары, которые вводятся в засыпку твэлов.

Введение малых шаров из поглощающего материала в засыпку твэлов имеет большую эффективность и связано с остановкой реактора на длительный период, когда производится расхолаживание реактора и стоянка его в холодном состоянии.

При пуске реактора поглощающие шары выводятся из активной зоны. Но для того, чтобы вывести поглощающие шары из активной зоны, необходимо выгрузить и твэлы, а также пропустить их через специальные устройства отделения поглощающих шаров от твэлов.

Другим недостатком является то, что поглощающие шары проникают в засыпку реактора, не задерживаясь в ней, и собираются в основании активной зоны, поэтому хотя они и производят желаемый эффект, но только для быстрого отключения реактора. Для того, чтобы остановить реактор на длительный период, необходимо чтобы поглощающие элементы (пэлы) равномерно распределялись по всей высоте активной зоны реактора в ходе процесса его остановки. Поэтому необходимо большое количество пэлов, что ведет к увеличению материальных затрат.

Известен также газоохлаждаемый ядерный реактор с насыпной активной зоной из шаровых твэлов, в котором поглощающие стержни вводятся в каналы бокового отражателя, а пэлы в виде малых шаров в каналы, расположенные в графитовых пилонах, выступающих в активную зону. Здесь нейтронопоглощающий материал в виде шариков малого диаметра в случае аварийной остановки реактора под действием силы тяжести поступает в каналы, расположенные в выступах, входящих в активную зону.

Недостатком данного ядерного реактора является то, что занижается объем активной зоны за счет выступов, входящих в активную зону, и усложняется конструкция активной зоны.

Для обеспечения равномерного выгорания твэлов скорость их перемещения должна быть равномерной по всему поперечному сечению активной зоны. Однако установлено, что в корпусах активной зоны с ребрами для размещения в них аварийной системы остановки реактора скорость перемещения твэлов в периферийной области снижена более чем в 3 раза. Разная скорость перемещения твэлов в активной зоне ведет к применению твэлов разного обогащения и, следовательно, к применению дополнительного загрузочного оборудования. Все это приводит к значительному повышению стоимости реактора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному ядерному реактору является реактор с насыпной активной зоной из шаровых твэлов, в котором пэлы в виде малых шаров полностью или частично заполняют каналы, выполненные в отражателе в непосредственной близости от активной зоны. В этом реакторе в условиях нормальной эксплуатации пэлы находятся в емкостях, размещенных над каналами, а следовательно, над активной зоной. При необходимости остановки реактора пэлы из емкостей под действием силы тяжести поступают в каналы. Для обеспечения необходимой эффективности шаровой системы компенсации реактивности (ШСКР) каналы в боковом отражателе выполнены овальными. При остановке известного ядерного реактора открываются каналы в емкостях с пэлами и пэлы поступают в каналы отражателя. Чтобы остановить реактор необходимо каналы заполнить шаровыми пэлами не ниже, чем до верхнего уровня активной зоны.

Недостатком известного ядерного реактора является то, что при его остановке на короткое время, например ложном сбросе ШСКР или остановке реактора для выяснения работоспособности узлов и механизмов, влияющих на работу и безопасность реактора, приходится заполнять пэлами полностью каналы ШСКР.

Полностью заполнять каналы ШСКР пэлами необходимо при остановке реактора на длительный срок, когда производится расхолаживание реактора. Для остановки теплого реактора на короткое время и без его расхолаживания каналы ШСКР необходимо заполнять меньшим объемом пэлов, но на всю высоту активной зоны.

Существенным недостатком известного ядерного реактора является и то, что овальный канал в боковом отражателе из-за условий прочности приходится выполнять на значительном расстоянии от активной зоны. Удаление канала от активной зоны уменьшает эффективность пэлов.

Целью изобретения является сокращение времени на остановку и простои реактора.

Цель достигается тем, что в ядерном реакторе, содержащем активную зону и боковой отражатель с каналами и средства ввода сверху пэлов в каналы, канал разделен вертикальной перегородкой по крайней мере на две части, сообщающиеся между собой вверху и внизу, средства ввода пэлов сообщено с одной из частей канала, а перегородка направлена к центру активной зоны. Такое выполнение ядерного реактора позволяет в более короткий срок заполнить одну часть каналов и тем самым остановить реактор. В случае необходимости заполняют и следующую часть канала. Полный объем канала заполняют при расхолаживани реактора и стоянке его длительный период.

При пуске реактора, если он был остановлен на короткий срок без расхолаживания и заполнялось только часть канала, ускоряется его пуск, так как на освобождение от пэлов части канала требуется меньше времени.

Вертикальная перегородка, разделяющая канал на части, упрочняет перегородку, отделяющую канал от активной зоны, и тем самым канал можно приблизить к активной зоне, что увеличивает эффективность пэлов.

Кроме того, выравнивание перекосов тепловыделений по активной зоне ШСКР, т.е. заполнение некоторых каналов пэлами, позволяет более точно это производить, так как засыпку канала можно производить частично.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипа позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены, поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично изображен реактор, продольный разрез; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2.

Ядерный реактор имеет активную зону 1, боковой отражатель 2, состоящий из графитовых блоков 3. В боковом отражателе имеются каналы 4 ШСКР. Каналы 4 разделены вертикальной перегородкой 5 на первую заполняемую часть 6 и вторую заполняемую часть 7. Вверху часть 6 и часть 7 канала сообщаются между собой окном 8, а внизу окном 9. Первая заполняемая часть 6 сообщена с емкостью 10, где хранятся шаровые пэлы 11, трубопроводом 12. Внизу обе части канала 4 сообщены трубопроводом 13 с устройством возврата пэлов (на фигурах не показано) по трубе 14 в емкость 10.

При проектировании реакторов должны быть предусмотрены по меьншей мере две независимые ШСКР.

В связи с этим в предлагаемом реакторе имеются стержни СУЗ, которые независимо от ШСКР приводят реактор из любого рабочего состояния в нерабочее. Они размещены в каналах бокового отражателя и имеют возможность возвратно-поступательного перемещения.

При работе ядерного реактора стержни СУЗ находятся в приподнятом положении выше активной зоны, пэлы 11 размещены в емкостях 10 над активной зоной 1.

Регулирование ядерного реактора осуществляется перемещением стержней СУЗ (вниз или вверх). При необходимости стержни СУЗ сбрасываются в каналы бокового отражателя, останавливают реактор и могут его удерживать остановленным, пока он не расхоложен.

При необходимости остановить реактор на длительное время с расхолаживанием при аварийной ситуации или когда стержни СУЗ (или часть стержней) не могут быть введены в каналы бокового отражателя (стержни заклинили и другие причины) срабатывает время ШСКР.

В емкостях 10 приводом открываются затворы и пэлы 11 под действием силы тяжести по трубопроводам 12 поступают в первую заполняемую часть 6 канала 4 бокового отражателя 2 активной зоны 1. Происходит надежная остановка реактора.

Если реактор останавливается на короткий период (порядка на одни сутки), то при заполнении до окна 8 первой заполняемой части 6 канала 4 приводом емкости 10 закрывают затворы и подача пэлов прекращается. Если остановка реактора производится на длительный период (разгерметизация контура или другие причины), то поток пэлов при заполнении первой заполняемой части 6 не прекращают и пэлы через окно 8 засыпаются и во вторую заполняемую часть 7. Происходит надежная остановка реактора на любой срок.

При пуске реактора пэлы 11 из канала 4 через окно 9 и трубопровод 13 поступают на систему пневмоподъема и по трубе 14 возвращаются в емкость 10.

При регулировании активной зоны 1 в случае температурных перекосов заполняют выборочно один из каналов 4 или несколько каналов. В случае более тонкой регулировки заполняют в канале 4 или в нескольких каналах только первую заполняемую часть 6 канала 4.

Выгрузку пэлов из каналов производят описанным выше способом.

По сравнению с прототипом изобретение позволяет при аварийной ситуации значительно ускорить остановку реактора, так как часть канала быстрее заполнится до верха активной зоны пэлами, чем весь канал, значительно ускорить пуск реактора при остановке его на короткий срок (без расхолаживания), так как часть канала быстрее освободится от пэлов при их перегрузке в контейнер, осуществлять более точную регулировку реактора от температурных перекосов. За счет введения в канал перегородки изобретение позволяет упрочнить стенку канала против активной зоны, на которую действуют нагрузки шаровых твэлов и особенно при пуске реактора, когда твэлы разогреваются. В результате упрочнения стенки канала ее делают более тонкой, за счет чего увеличивается эффективность пэлов в каналах.

Использование: ядерные энергоустановки с газоохлаждаемыми ядерными реакторами с насыпной активной зоной из шаровых тепловыделяющих элементов. Сущность изобретения: ядерный реактор содержит активную зону, боковой отражатель с каналами и средства ввода сверху поглощающих элементов в каналы. Причем канал разделен вертикальной перегородкой по крайней мере на две части, сообщающиеся между собой вверху и внизу, а средства ввода поглощающих элементов сообщены с одной из частей канала. Кроме того, перегородка направлена к центру активной зоны. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, содержащий активную зону, боковой отражатель с каналами и средства ввода сверху поглощающих элементов в каналы, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени на его остановку и простой, канал разделен вертикальной перегородкой по крайней мере на две части, сообщающиеся между собой вверху и внизу, а средства ввода поглощающих элементов сообщены с одной из частей канала. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что перегородка направлена к центру активной зоны.