Способ управления нейтронным потоком ядерногоРЕАКТОРА и уСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G21C7/22 

: ; Изобретение относи тся к области ядерной энергетики и может быть использовано в системах управления нейтронным потоком как внутри,так и вне активной зоны реактора. Известны способ и устройство для управления нейтронным потоком ядерного реактора путем изменения плотности поглощающего нейтроны газа fl В этом, способе плотность поглсэщающего нейтроны газа изменяется с помощь сильфонного вытеснителя, в устройств приводом вытеснителя служит серводви гатель.Для мощных энергетических peaicroров ,имеющих большой управляющий obtkO с газом-поглотителем, такой способ и устройство неудобны. Для достгаке ния желаемого диапазона изменения плотности газа употребляются громозд кие сильфонные блоки с мощными механическими приводами. Механические перемещения сильфона повышают опасность разгерметизации управляющего объема и утечки газа-поглотителя. Известны также способ и устройство для управления нейтронным потоком Tz. Способ заключается в том, что плотность поглощающего нейтроны газа в управляющем объеме задается длительностью открытия управляющих вентилей, соединяющих управляющий объем с коллекторами высокого и низкого давления (1000 мбар.абс. и i5 мбар.абс.). Необходимый перепад давления между коллекторами обеспечивается компрессором. Такой способ и устройство -при реализации требует большого количества пневмрэлементрв, коммуниркаций для изменения давления газа-поглотителя, у плотнёний, разъёмньк соединений и подвижных механизмов. Это обуславливает большую ядерную onac-f : ность при разгерметизации и утечке газ а-поглотит ел я.

V - 37164

Наиболее близкими по технической сущности являюся способ управления нейтронным потоком ядерного реактора путем изменения плотности поглощающего нейтроны газа, находящегося 5 в нейтронном потоке f3 , и устройртво для его осуществления, содержащее замкнутый объем с газом.поглотителем нейтронов, состоящий из сообщающихся между собой секций, часть 10 из которых расположена внутри и хотя бы одна вне нейтронного потока ядерного реактора J.

Способ основан на изменении плотности газообразной фазы поглотителя is за счет нагревания его жидкой фазы. Жидкую фазу поглотителя нейтронов нагревают в баке подогревателя, с .которым непосредственно связан управляющий объем, содержащий пары (газо- jO образную фазу) поглотителя.

Нагревая жидкую фазу поглотителя, увеличивают парообразование, изменяют давление насьпцянмцего пара-поглотители и, таким образом,управляют 25 поглощанндей способностью управляющего объема.

В качестве поглотителя используют-ся пары боринтриамина-жйдкости с температурой кипения 53 с, 30

Однако применение известных жидких поглотителей вызывает (особенно в паровой фазе) сильную коррозию коммуникаций, повьнпает инерционность 35 систем, требует мощных нагревателей. При аварийном отключении питания или отказа нагревателя, температура жидкой фазы поглотителя уменьшается, уменьшается давление его насыщенного 40 пара, растет мощность реактора. Перечисленные недостатки обуславливают снижение ядерной безопасности.

Каждая из секций управляющего объема устройства для управления ядерното реактора посредством импульсных линий соединена с напори№ коллектором, давление в котором поддерживается насосом. Управление поглощающей способностью секции достигается 50 изменением расхода газа через эту сек- цию,

Устройство содержит коммуникации для изменения давления газа-поглотителя, пневмоэлементы, в частности насос,55 различного рода соединения и уплотнения. Все это и наличие в устройстве подвижных механизмов обуславли54

вает большую ядерную опасность разгеметизации и утечки газа поглотителя.

Целью изобретения является повышение ядерной безопасности за счет повышения надежности управления,отказа от подвижных Механизмов, коммуникаций для изменения давления газа-поглотителя уплотнений, разъемных соединений.

Поставленная цель достигается тем что изменяют перепад температур поглщающего газа между отдельньми частями замкнутого объема, перераспределяя Массу газа внутри объема термодиффузией; внутри по крайней мере одной секции, помещен по меньшей мере один нагреватель, например, электрический,.

Части замкнутого объема соединяют между собой так, чтобы свести, к минимуму возможность теплопередачи между ними.

Газ, поглощающий нейтроны, нагревают в какой-либо из частей объема, 0 зависимости от конкретных требований к управлению. Охлаждают объем извне, например, теплоносителем. Таким образом, создают .перепад температур между определенными частями газового объема, в зависимости от требуемой плотности поглотителя в управляющем объеме.

Так как давление газа во всех частях объема одинаково в стационарном состоянии, то плотность газа в конкретной части определяется его температурой.

Температура газа определяется температурой теплоносителя, условиями охлаждения и мощностью нагревателя. При стационарном и равномерном охлаждении всего объема, температура газа зависит лишь от работы нагревателя, что и используют для управления плотностью поглощающего газа в управляющем объеме.

При таком способе управления нет необходимости в механически переме1раняцихся элементах, разъемных соединениях, уплотнениях. Способ позволяет использовать химически неактивный газ (например, инертный гелий-З), повысить быстродействие систем управления, так как масса нагреваемого газа невелика (до 1 г) .

Расположение нескольких частей замкнутого объема с независимыми нагревателями в активной зоне позволяет осуществить управление энергораспределением по объему реактора. При соответствующем расположении нагревателя в случае его аварийного отключения или отказа поглощающая способность управляющего объема увеличивается - устройство сработает как средство защиты. Кроме того, предлагаемый способ и устройство дают возможность осущес вить простое резервирование расположением нескольких нагревателей совместно. Таким образом достигается повьйение ядерной безопасности. , Важная особенность способа заключается в том, что он не требует никаких механических перемещений, пнев моэлемецтов, в том числе и насосов, для поддержания разности давления. Именно в насосах происходит основная утечка поглощающего газа и загрязнение его маслом. Последнее вредно сказывается на работе клапанов и вен тилей и снижает ядерную безопасность Условиями эффективности применени и работы устройства являются сведение к минимуму переноса теплово й энергии между частями замкнутого объема, повышение мощности нагревате ля увеличение отношения всего объема, занимаемого газом к управЛяющему. Расчеты показывают, что разогрев поглотителя под действием нейтронног излучения реактора (единицы градусов Кельвина) на два порядка меньще, чем разогрев нагревателем (сотни гра дусов Кельвина) и не скажется на работе устройств управления. Герметичность замкнутого объема в устройстве гарантируется неразъемными соед нениями , которые могут быть осуществлены различными способами,например сваркой. За счет разогрева поглощающ(его газа нагревателем в какой-либо секци замкнутого объема, изменяется перепад температур поглощающего газа, находящегося в различных секциях замкнутого объема. Из-за перепада температур происходит термодйффузиЯ, и масса поглощающего газа перераспределяется внутри замкнутого объема и изменяется плотность поглощающего газа в управляющем объеме.Таким образом, изменяется поглощающая способность последнего. На фиг.1, 2 и 3 представлены уст-, ройства для осуществления предлагаемого способа. Устройство, показанное на фиг.1 служит для управления нейтронным потоком.в активной зоне ядерного реактора и представляет собой устройство управления мощностью ядерного реактора. Устройство содержит замкнутый объем I с газом-поглотителем нейтро-нов 2 (например гелием - 3), состоящий из двух частей. Одна из них представляет управляющий объем 3, содержит нагреватель 4, например вольфрамовую нить накаливания, k находится в активной зоне 5. Другая часть предстааляет собой газовый коллектор 6 (находится вне активной зоны , к которому мо.гут быть подключены .несколько управляющих объемов. Теплоноситель 7 охлаждает объем с газом-йоглотителем извне. При отключенном нагревателе температура газа-поглотителя во всем объеме одинакова и определяется температурой теплоносителя. При включении нагревателя газ р управляющем объеме нагревается, часть газа nfer реходит в коллектор. Таким образом, в управляющем объеме уменьшается плотность газа, а значит,уменьшается и поглощающая способность этого объема. При последующем OTKnuwieKHH нагревателя газ охлаждается Теплоносителем, и протекают обратные процессы. Перепады температур поглощающего газа между частями объёма достигают единиц градусов Кельвина. Устройство, показанное на фиг.2, служит для управления нейтронным потоком и высотным энергораспредёителем в.активной зоне ядерного реактора, Управляющий объем состоит из трех сообщающихся между собой секций. По крайней мере секция содержит по меньшей мере один нагреватель. Для закрепления на хревателей в секциях служат диэлектрические прокладки 8. Провода 9, соединяющие нагреватели с источником питания, выводятся из замкнутого объема через вакуумные воды 10. В качестве одного провоа используется корпус устройства, соединение нагревателя с корпусом 11

возможно наземным спосоЬом, например еваркой.Капилляры 12, соединйющие сеции объема, служат для сообщения секций мёждУ ними. Сварка и сборка секций производится последовательно с контролем 1вакуума и изоляции.

Устройство работает следующим образом.

При отключенных нагревателях температура поглощакедего газа определяется температурой теплоносителя.

Для увеличения мощности ядерного реактора следует повысить температуру газа в управл вощем объеме,что осуществляется нагревателем. Разогре газа приводит к тому, что часть газа выходит из управляющего объема, и поглсицающая способность управляющего объема уменьшается - мощность реактора возрастает. Обратные процессы протекают при охлаждении газа. Перепады температур газа-поглотителя, находящегося в разных секциях могут достичь нecfcoлькиx сотен градусов Кельвина.

Секционирование позволяет управлять энергораспределением по высоте активной зоны, так как поглощающая способность отдельной секции определяется работой конкретного нагревателя, расположенного в этой секций .

Для уменьцгения взаимовлияния секций друг на друга следует увеличить отношение всего объеме, занимаемого газом, к управляющему.

Конструктивно устройство допускает как исполнение в одном корпусе, так и произвольное разделение секций объё1ма

Применение предлагаемого устройства в качестве локального регулятора может быть осут1ествлено с расположением всего устройства внутри активной зоны. Такой локальный регулятор минимально изменяет интеЪральную мощность, так как регулирование осуществляется только перераспределением поглотителя в активной зоне. Это облегчает работу штатного регулятора интегральной мощности,

На фиг.З показано устройство для управления нейтроннь1м потоком вне активной зоны, например, устройство управления нейтронньгм потоком 13 на выходе горизонтального экспериментального канала }, Устройство

отличается от вьшеописанных только расположением нагревателя.

С целью минимального искажения нейтронного потока на выходе грризонтального экспериментального канала нагреватель вынесен из управляющего объема и находится в коллекторе.

Таким образом, описанные устройства, ревизующие предпагаемый способ, повьнпают надежность систем управления и ядерную безопасность. В них отсутствуют подвижные механизмы, разъемные соединения, уплотнения, нет внешних коммуникаций.

При соответствующем расположении .на1гревателя в случае аварийного отключения или отказа нагревателя устройство срабатьгоает как средство защиты.

Резервирование легко осуществить расположением нескольких нагревателей совместно.

Применение описанного способа и внедрение устройства для управления

в промьштеннрсти даст положительный экономический эффект за счет уменьщения утечек газа-поглотителя.

Формула изобретения

1. Способ управления нейтронным потоком ядерного реактора путем изменения плотности поглощаювдего нейтроны газа, находящегося в нейтронном потоке, отличающийся тем, что, с. целью повышения ядерной безопасности за счет повьшения надежности управления, изменяют перепад температур поглощающего газа между отдельными частями замкнутого объема, перераспределяя массу газа внутри объема термодиффузией.

2. Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее замкнутый объем с газом-поглотителем нейтронов, состоящий из сообщающихся между собой секций, часть из которых

расположена внутри, и хотя бы одна вне нейтронного потока ядерного реактора, отличающееся тем, что, с целью повышения ядерной безопасности за счет отказа от подвижных механизмов, коммуникаций для изменения давления газа-поглотнТеля, уплотнений, разъемных соединений, f внутри по крайней мере одной секции