Устройство для управления нейтроннымпОТОКОМ Советский патент 1981 года по МПК G21D3/00 

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЕЙТРОННЫМ ПОТОКОМ

насосом. Управление поглощающей спосрбностьн) такой С1екции достигается изменением расхода газа через эту секцию.

Устройство содержит коммуникации для изменения давления, пневмоэлементы, насос, различно о рода соединения и уплотнения. Все это, особенно насос, а также наличие в устройстве подвижных механизмов обуславливает его ю

евысокую надежность и утечки газаоглотителя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому, езультату является-устройство для is

гфавлёния нейтронным потоком, состояее из нагревателя и секционированного замкнутого объема с газом-погдотителем нейтронов, в котором одна секция находится в нейтронном пото- 20 ке и является управляющей, а другая расположена вне его З.

Это устройство содержит объем с газом, разделенный на две.секции сильфоном. Одна секция помещена в 25 нейтронном потоке и наполнена слабопоглощающим -нейтроны газом С0„, а другая находится вне его в выходном потоке теплоносителя и содержит газ В Е, сильно поглощающий нейт- зо роны. Теплоноситель выполняет функции нагревателя газа-поглотителя, Устройство работает следующим образом.

Увеличение мощности реактора выше 35 уровня приводит к повьшению температуры теплоносители, который нагревает газ-поглотитель. Газ расширяется и, воздействуя на сильфон, ПЪпадает в

а гтШнУю зону, вытесняя COg. Это 40 приводит к увеличению поглощающей способности части объема, находящейся в активной зоне и к снижению

.SS ;iis---. .--Г, - . --; : ..-VS. :-. МОЩНОСТИ. Обратные прчзцессы протекайт п|ри уменьшении мощности peak- 45

тора ниже заданного урбвня.

Таким образом, устройство стабилйзйруёт мощность реактора на заданном уровне и чё способно этот уровень изменять. Это устройство инерционно 50

из-за значительной теплоемкости нагрёваемой среды изапаздывания, обус- . ловленного ограниченной скоростью терния теплоносителя и из-за малой эффективности нагревателя, Меха;ни- ji ческиё пе51емкщення сильфойа, его износ снижают надежность устройства.

Использование автономного электрического рягревателя вместо нагревателя-теплоносителя дает возмож- нрсть изменять уровень мощности реактора, но не устраняет остальных недостатков. Нагреватель в такому устройстве исцольэован неэффективно он нагревает извне весь газ-поглоти-г тель через стенки корпуса и корпус устройства. Это обуславливает низкий диапазон регулирования и недостаточЦелью предлагаемого изобретения является повьш1ение диапазона регулирования, быстродействия и надежности.

Цель достигается тем, что замкнутый объем с газом-поглотителем нейтронов выполняется в виде моноресивера постоянного объема, в качестве управляющей секции, помещенной в нейтронный поток, служит центральная часть моноресивера, ограниченная спиралью нагревателя, и расположенная в зоне потока, остальная часть на.ходится вне потока, причем в качестве секции, расположенной вне потока, использован остальной объем моноресивера.

Спираль закреплена на каркасе, изготовленном согласно профилю нейтронного потока. Газопитательная трубка в этом устройстве необходима только для предварительного вакуумирования и наполнения газом-поглотителем. После заполнения устройства газомпоглотителем ее заваривают,

Таким образом, наполненное поглотителем устройство представляет собой изолированный объем, несвязанный с другими газовыми емкостями и пневмоэлементами.

Такое устройство содержит минимальное количество сварных швов, в нем отсутствуют подвижные механизмы, насосы, сйльфоны, поэтому оно высоконадежно.

Электрический нагреватель, выполненный в виде спирали накаливания, закреплен на легкой проницаемой для газа катушке или каркасе из диэлектрического материала. Катушка или каркас выполняются согласно профилю нейтронного пучка, так что закрепленная на нихспираль ограничивает часть газа-поглотителя, находящегося в нейтронном потоке от остальной части газа в устройстве.

Такое положение нагревателя является наиболее эффективным, так как большая часть его -энергии полезно ное быстродействие. 5 расходуется на разогрев газа ййённо вТОМ объеме(расположенном в нейтрон ном потоке поглощающую способность которого надо изйейять при уйра.&ЙЩ- в этом случае, когда нагреватель включен, самую высокую температуру, близкую к температуре спирали, имеет газ, находящийся в нейтронном потоке По мере удаления от этой области к границам моноресивера, охлаждаемого извне, температура газа уменьшается практически до температуры стенок. Тогда как плотность и поглощающая способность газа наоборот - в строгом is в соответствии с температурой - повышается от центра к стенкам. При отключённом нагревателе тёйпературы газа в моноресивере выравни вается по объему, приближаясь к температуре стенок и соответственно про ходит перераспределение массы. Поглощающая способность газа,находящего в нейтронном потоке, увеличивается. Для эффективной работы предлагаемого устройства необходимы следующие условия: диаметр моноресивера много больие диаметра нейтронного пу ка и спирали, его окаймляющей(в пять десять раз диаметр пучка нейтронов достаточно мал см, чтобы при зад ном поглотителе с определенной тепло проводностью температура газа-поглотителя внутри пучка по диаметру существенно не изменялась. Хотя для широких пучков можно пре ложить спираль, помещаемую внутрь пучка, такое устройство будет создавать искажения. Важным для эффективной работы уст ройства является требование интенсив иого охлаждения моноресивера извне, обеспечивающего быстрое охлаждение газа-поглотителя при отключ нии нагревателя. Диапазон регулирования прямо з висит от максимально возможной температуры нагревателя, поэтому спирал накаливания рекомендуется изготавливать из жаропрочного материала, например вольфрама. Корпус устройства не должен сильн поглощать нейтроны, создавая, паразитное ослабление пучка. Для его изготовления рекомендуются материалы с малым сечением поглощения нейтроиов, например, алюминий. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 - нелиаризрван 42 ные качественные криные распределения температуры (пунктиром)и плотности поглощающего раза (сплошная линия)по /дйаШтру M&HOJpe1cHirepa. Устройство представляет собой изолированный от газовых емкостей и пневмоэлёментов мрнорёсйвер, корпус j которого вьтойнён из металла с ма-;лым сечением поглощения нейтронов. Нагреватель выполнен в виде спирали 2, закрепленной на прямоугольном каркасе из диэлектрических направляющих стержней 3, расположенных согласно нейтронному пучку 4. 1аким образом, Пучке находится часть моноресивера. ограниченная спиралью нагревателя. В местах Прохождения нейтронного пучка тблщйна стёнок корпуса минимальйа из-за высверлёййьпс полостей 5. Провода питания нагревателя 6, заканчивающиеся металлической щайбой 7, соединяются со спиралью с помощью болтов 8. Болты электроизолированы от корпуса устройства диэлектрическими втулками 9. Герметичный переходник 10 служит для вывода проводов питания. Импульсная питательная трубка II, необходимая для предварительного вакуумирования устройства и наполнения его поглощающим нейтроны .газом, 12/ (например, гелием-3) затем завариваются-, после чего устройство полностью изолировано. Охлаждающая среда на чертеже не показана. Устройство работает следующим образом. При отключенном нагревателе температура поглощающего газа определяется температурой охлаждающей среды и распределена равномерно по диаметру монорёсивера. Также равномерно распределена и плотность газа. При включеЯном нагревателе температура газа-поглотителя внутри спирали в области нейтронного пучка близка к температуре спирали, а по краям мойоресивёра к температуре охлаждающей среды.Вслед- ствие массопереноса под действием термодиффузии, плотность поглощающего газа распределяется по 6бъему( моноресивера в строгом соответствий с его температурой. Таким образом, в высокотемпературной области нейтронного пучка находится минимум плотности, то есть минимум поглощающей пособности, так как часть массы аза путем термодиффузии перёщла от ысокотемпературного ( )центра оноресиве{ а к низкотемпературным TeHKaM(v30®C ),. После отключения нагревателя teMtilpaTypar и плотность газа-погло тителй снова вьфанйваются. есть ynjpiSsAeHHe осуществляется измёйеннем мощности нагревателя (фиг,2)ЛСривые. при отключенном наг1реваи ле, кривые nflj H tft J4eHHqM. На оси аб1г1 D диаметр моноресивера, В - его радиус Х Х2 - координаты пересечения спира ли осью абсциСС7 ; ,; j . Предлагаемое устройство имеет расширенный диапазон регулирования и увеличеннное быстродействие по сравнению с прототипом за счет более эффективного использования нагревателя. В устройстве нагреватель распо ложен внутри газового объема, что . позволяет сделать его более высркоfeMiftej a-iPypHbiM. Кроме того, в предлагаемом устройстве нагреватель большу часть знергии расходует полезно, разогревая газ-поглотитель только в области нейтронного потока. Для устройства характерно повьшенйе наДёшО стй за счет существенного упрощения. УстройствЬ выполнено без подвижных механизмов, разъемных соединений и содержит минимум сварных швов. , ,... - , . .,;., Так&ё устройство более зкономич ffb™ifff-3 a эффективного использования нагревателя и сокращеннее утечек газа гюпгютнтеля: - - : Расчеты показывают, что выгорание ra3a-noirnotlwteJifl (нейтронов гелия -3 в потоках зкспериментайьйлх канало в до 10 нейтр/с(с)нё существенно снижает эффективность устройства в

а п а

1 V

« W 7

/ J

.

:Ьг

.,: :%й:: t/e.f 42Q чение нескольких лет, после чего его можно легко и быстро заменить. Формул а изобретения - :: .- , 1. Устройство для управления нейтронным потоком, состоящее из нагревателя и секционированного замкнутого объема с газом-поглотителем нейтронов, в котором одна секция находится в нейтронном потоке и является управляющейJ а другая расположена вне его, отличающееся тем, то, с целью повьппб шя диапазона регулирования, быстродействия и надежности, замкнуть1й объем выполнен в виде цельного моноресивера, в качестве управляющей секции служит его центральная часть, ограниченная спиралью нагревателя и ра.сположенная в зоне потока, а остальная часть находится Вне потока. 2, Устройство по П.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что спираль закреплена на каркасе, изготовленном согласно профилю нейтронного потока. Источник информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США №2990358, кл. 176-21, опулик. 1961 2.Авторское свидетельство СССР № 538616, кл. G 2 С 7/22, 1974. 3.Патент Англии № 1042315, кл, 6 6 С опублик. 1960 (прототип).

/

X

г 2

V

,J

к Лг

0us.2