Ядерный реактор на быстрых нейтронах Советский патент 1978 года по МПК G21C1/02 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для усовершенствования конструкции ядерного реактора на быстрых нейтронах, охлаждаемого жидким металлом, например натрием, в так называемой баковой компоновке. Известен ядерный реактор на быстрых нейтронах с баковой компоновкой оборудования первого контура 1, 2. Известен также ядерный реактор на быстрых нейтронах 3 охлаждаемый жидким металлом, например натрием, содержащий вертикально расположенный основной бак, в котором размещен внутренний бак, содержащий активную зону, расположенную на горизонтальнол настиле, соединенном со стенкой основного бака коническим звеном, и обеспечивающий разделение горячего жидкого металла, выходящего из активной зоны, и холодного жидкого металла, выходящего из теплообменников, размещенных внутри основного бака вместе с насосами для прокачки жидкого металла. Недостатком известной конструкции является неустойчивость термогидравлического режима течения натрия внутри основного бака для реакторов очень больщой мощности (1000 Мвт и выще), что приводит к нежеательным термически . напряжениям в стенах бака, к снижению надежности установки. Цель изобретения - иовыщение надежности установки путем снижения температуры стенок основного бака. Указанная цель достигается тем, что верхняя часть боковой стенки внутреннего бака расположена ниже верхнего края активной зоны и выще уровня выхода из теплообменников, а наружный край боковой стенки отогнут книзу и соединен непосредственно с основным баком. Кооме того, стенка основного бака содержит по меньшей мере одну перегородку, образующую между стенкой и перегородкой пространство для циркуляции восходящего потока жидкого .металла, выходящего из теплообменников, а также содержит контр-перегородку, ограничивающую с указанной перегородкой кольцевое пространсгво для циркуляции нисходящего потока жидкого металла перед с.мещение.м его с .массой охлажденного жидкого металла. Кроме того, наружный край боковой стенки внутреннего бака соединен с коническим звеном вблизи его соединения со стенкой основной камеры. Кроме того, наружный край боковой стеики внутреннего бака соединен со стенкой контрперегородки. На фиг. 1 схематически изображен ядерный реактор на быстры.х нейтронах с внутренним баком, в продольном разрезе; на фиг. 2 - раЗрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 изображен главный вид и частичный разрез одного варианта конструкции рассматриваемого внутреннего бака. На фи1 1 схематически представлен ядерный реактор на быстрых нейтронах компоновки, содержащий внешнюю конструкцию 1 с толстымн бетонными стенками, ограничиваюHiyro внутреннюю полость больншх размеров, в которой смонтирован металлический бак 2 из стали, названный основным баком и нредназначенный для размещения и ноддержки активной зонь реактора, а также объема жидкого натрия, обосиечивающего охлаждение. Этот основной сиа)у/ки окружен вторым параллельным к;)аксиальным баком-кожухом 3, образующим защитную нолость в случае разрыва или аварии основного бака, которые могут возникнуть в процессе работы. Баки 2 и 3 нодвешены за их верхнюю часть к массивной плите 4. В этой плите 4 размещены пробки 5 б и 7, которые могут осуществлять относительное вращение но отноплению друг к другу, что обеснечивает доступ через загрузочные устройства к активной зоне реактора. В плите 4 предусмотрены вертикальные проходы, как например 8 и 9, для монтажа в этой плите теплообмепьп-1ков 10 и насосов для циркуляции (.металла) 11; на фиг. 1 дается при.мер раз менления каждого из указанных устройств, расположенных в диаметрально противоположных участках; чис;10 этих теплообменников и насосов может быть какое угодно, оно устанавливается в зависимости от рабочих характеристик реактора. В предпочтительном варианте насосы и обменники распределяются через равные промежутки вокруг вертикальной оси основного бака 2, каждый насос может, нанример, соответствовать одно.му или двум соседним теплообменникам. Внутри бака 2 располагается активная зона 12 реактора, содержащая центральную часть 13 с ядерным топливом, окруженную экраном 14 из воспроизводящего материала, например нриродного урана. Нейтронная защита 15 располагается гю стенкам активного участка вокруг активной зоны. Активная зона 12 находится в(утри емкости 16, называемой внутренним баком. Коллектор 17 размещен на основании 18. Само основание соединено на конце с коническим звеном 19, внещний край которого сопряжен с точкой соединения 20 на боковой стенке основного бака 2, которая поддерживает таким образом посредством этого звена и основания активную зону 12 и внутренний бак 16. Внутренний бак 16 представляетсобой тело вращения вокруг вертикальной оси, общей для основного бака 2 и активной зоны 12, и имеет горизонтальное дно 21, образую1цее верхнюю часть коллектора 17 и боковую стенку 22, иродо;1жающуюся наклонным выступом 23. Этот высгуп боковой стенки оканчинается повернутым концом 24, параллельным боковой стенке 22, и подсоединяется к точке соединения 20 конического звена 19 и основного бака 2. Наклонный выступ 23 боковой стенки внутреннего бака 16 содержит, кроме всего прочего, справа от теплообменников 10 и насосов 11, отверстия для прохода этих компонентов, часть которых находится во внутреннем баке, а верхняя часть находится на ней. В связи с эти.м, выступ 23 имеет для каждого теплообменника 10 отверстие, отграничиваемое вертикальным воротником 25, способным взаимодействовать с патрубком 26, сопряженным с корпусом соответствующего теплообменника; эти элементы 25 и 26 составляют вместе герметичное покрытие, в которо.м может иоддерживаться давление соответствующего нейтрального газа. Наклонный выступ 23 соединен с вертикальными цилиндрическими(трубчатымп) кожухами 27 справа от расположения корпусов насосов для циркуляции (металла) 11. Внутренний бак 16 отграничивает внутри основного бака два независимых пространства, одно из которых 28 заключает активную зопу, собирающую горячий натрий на выходе из него; второе 29 находится под внутренним баком 16, между этой камерой и дном основного бака 2, образуя сборник для холодного натрия. Для того, чтобы попасть пз одного пространства в другое, горячий натрий из пространства 28 проходит через теплообменники 10, . на выходе из них отводится в пространство 29, где он свободно распространяется перед тем как быть откаченным насосами 11 и затем отсылается в трубопроводы циркуляции 30, далее собирается в подущке 17 для нового прохождения через активную зону. Боковая стенка основного бака 2 постоянно о.хлаждается частью холодного натрия, взятого из пространства 29 и циркулирующего за перегородкой, ограниченной первым покрытием 31, располагаюплимся параллельпо этой стенке. Эта перегородка (покрытие) 31 отделена контр-иерегородкой 32, что позволяет холодному натрию, предназначенному для охлаждения, соверп ать двойной путь вблизи от стеикп; перегородки 31 и 32 отграничивают .между собой и баком узкое кольцевое пространство 33. В предпочтительном варианте это пространство наполняется хо.юдным натрием через входные отверстия 34, 35, предусмотренные в нижней конечности края 24 выступа 23 под коническим звеном 19; натрий выходит, после прохождения между перегородками, через отверстие 36, также предусмотренное в крае 24, по находяп:ееся на конечной части перегородки 32. На фиг. 2 представлены пекоторые другие основные элементы реактора, в частности топливные пакеты 37, составляющие активную зону 12 с активной частью 13 и экраном 14. Эти пакеты 37 могут перегружаться посредством перегрузочного устройства 38, смонтированного сквозь вращающиеся пробки 5, 6 и 7; их относительные вращения позвояют приводить нижнюю часть перегрузочного

устройства, имеющего захватные устройства 39 над любым пакетом в активной зоне и экране. Оно захватывает нужный пакет и затем кладет в приемный ковш 40.

Последний может перемещаться посредством соответствующей системы тяг вдоль отгрузочной рампы 41, которая выходит к мащине 42 для перегрузки, покрытой защитным кожухом; машина 42 располагается вне полости 1, на верху закрывающей плиты 4; мащина 42 осуществляет перемещение топливных пакетов из активной зоны к зоне складирования 43.

В другом варианте конструирования выступа -стенки внутреннего бака на фиг. 3 показано основание 18, несущее активную зону .посредством коллектора 17; однако в это.м случае связующее звено основания со стенками основного бака 2 не соединяется с повернутым концом 24 выступа 23, а через звено 44 опирается на дно бака 2 справа от накладки 45 для усиления.

В этом варианте повернутый конец 24 выступа соединен прямо с нижней конечностью контр-перегородки 32; выход холодного натрия, циркулирующего между перегородкой 31 и боковой стенкой основного бака 2, осуществляется на уровне конца звена 44, через проходные отверстия 46; выход этого натрия за пределы контр-перегородки 32 осуществляется через отверстия 47, устроенные под отдельным соединением, находящимся между повернутым краем 24 выступа и внещней поверхностью контр-перегородки 32.

Формула изобретения

1. Ядерный реактор на быстрых нейтронах, охлаждаемый жидким металлом, например натрием,. содержа1ций вертикально расположе)ный основной бак, в которол; размещен внутренний бак, включающий активную зону, расположенную на горизонтальном настиле, соединенном со стенкой основного бака коническим звеном, обеспечивающие разделение горячего жидкого металла, выходящего из активной зоны, и холодного жидкого металла, выходящего из теплообменников, размещенных внутри основного бака вместе с насосами для прокачки жидкого металла, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности установки путем снижения температуры стенок основного бака, верхняя часть боковой стенки внутреннего бака расположена ниже верхнего края активной зоны и выше уровня выхода из теплообменников, а наружный край боковой стенки отогнут книзу и соединен непосредственно с основным баком.

2.Реактор по п. 1, отличающийся тем, что стенка основного бака содержит по меньшей

мере, одну перегородку, образ ющую со стенкой нространство для циркуляции восходящего потока лчидкого металла, выходяпгего из теплообменников, а также содержит контр-перегородку. ограничивающую с указанной перегородкой кольцевое пространство для 1щркуляции нисходящего потока жидкого металла перед смещением его с массой охлажденного жидкого металла.

3. Реактор но п. 1, отличающийся тем,

что наружный край боковой стенки внутреннего бака соединен с коническим звеном вблизи его соединения со стенкой основной камеры. 4. Реактор по п. 2. отличающийся тем, что наружный край боковой стенки внутреннего

бака соединен со стенкой контр-перегородки. Источники информации, принятые во внимание при эксперт11зе:

1. Багдасаров Ю. Е. и др. Технические проблемы реакторов на быстрых нейтронах. М., Атомиздат, 1969, с. 27.

2. Крамеров А. Я. Вопросы конструирования ядерных реакторов. ... Атомиздат, 1971, с. 33.

3.Заявка Франции « 2077444, G 21 С 1/00, 1971. по которой принято положительное реП1ение о выдаче авторского свидетельства.

25