Регулирующий стержень ядерного реактора на быстрых нейтронах

 

Сущность изобретения: регулирующий стержень выполнен с наружным и внутренним поглощающими элементами, между которыми размещен элемент с замедлителем из группы: гидрид иттрия, гидрид титана, гидрид циркония. Толщина слоя замедлителя по радиусу стержня составляет не менее 0,5 длины свободного пробега нейтронов в замедлителе. Соотношение объемных долей материалов выбрано из условия: наружный поглотитель 15-5005, замедлитель 35-70%, внутренний поглотитель 1-25% от суммарной объемной доли поглотителя и замедлителя в стержне. Смягчение спектра нейтронов в элементе с замедлителем приводит к увеличению скорости захвата нейтронов в элементах с поглотителем. 1 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в качестве регулирующего стержня системы СУЗ в ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Целью изобретения является повышение эффективности и ресурса регулирующего стержня путем увеличения степени "черноты" стержня, уменьшения накопления нейтронов в замедлителе, растечки их через торцевые области замедлителя и уменьшения градиента скорости захвата нейтронов по толщине поглотителя. Сущность изобретения поясняется чертежом. Регулирующий стержень ядерного реактора на быстрых нейтронах содержит элемент с замедлителем 1, окруженный наружным слоем поглотителя 2, и во внутренней области замедлителя из группы гидрид иттрия, гидрид титана, гидрид циркония размещен элемент с поглотителем нейтронов 3. Поглотитель, наружный и внутренний, и замедлитель могут быть выполнены в виде одного элемента каждый или в виде набора элементов. Стержень функционирует следующим образом. При вводе стержня в активную зону реактора быстрые нейтроны проходят через наружный слой поглотителя нейтронов 2, частично в нем поглощаясь, и попадают в элемент с замедлителем 1, в котором нейтроны замедляются, и затем они частично поглощаются в элементе с поглотителем 3, а частично в элементе с поглотителем 2. Трехэлементная конструкция регулирующего стержня с поглотителем нейтронов во внутренней области замедлителя позволяет обеспечить смягчение спектра нейтронов в элементе с замедлителем, при этом не происходит накопления нейтронов во внутренней области замедлителя с соответствующей растечкой их через торцевые области замедлителя и не происходит глубокого замедления нейтронов до тепловой области энергий благодаря их стоку на внутренний поглотитель, ограничивающий длину миграции нейтронов в замедлителе. Предотвращение замедления нейтронов до тепловой области энергий при наличии общего смягчения спектра нейтронов в стержне позволяет увеличить среднее сечение поглощения нейтронов в материалах наружного и внутреннего поглотителей в 3-5 раз по сравнению с сечением поглощения на спектре быстрого реактора и при этом уменьшаются градиент скорости захвата нейтронов по толщине слоя поглотителей и поверхностное выгорание поглотителей, обусловленные тепловыми нейтронами. Эффективное смягчение спектра быстрых нейтронов обеспечивается применением гидридов титана, иттрия или циркония, обладающих достаточно большим количеством водорода и хорошо удерживающих его в рабочих условиях реактора на быстрых нейтронах, в качестве замедлителя, при толщине его слоя не менее 0,5 длины свободного пробега нейтронов в замедлителе. Обеспечение необходимой степени "черноты" стержня для достижения поставленных целей приводит к ограничениям соотношения объемных долей поглотителей и замедлителя в стержне. Так для достижения высокой эффективности регулирующего стержня при обеспечении повышенного ресурса его работы, с учетом выгорания поглотителя в процессе работы реактора, объемная доля наружного поглотителя не должна быть меньше 15% от суммарной объемной доли поглотителя и замедлителя в стержне. Использование наружного поглотителя с объемной долей свыше 50% от суммарной объемной доли приводит к неэффективному использованию внешних слоев наружного поглотителя, которые становятся нечувствительными к наличию замедлителя в стержне. Для эффективного замедления нейтронов в стержне объемная доля замедлителя не должна быть меньше 35% от суммарной доли поглотителя и замедлителя в стержне, а использование замедлителя с объемной долей более 70% от суммарной объемной доли приводит к чрезмерному смягчению спектра нейтронов, к уменьшению ресурса стержня и его средней за ресурс эффективности. Внутренний поглотитель с объемной долей менее 1% от суммарной объемной доли замедлителя и поглотителя, с учетом выгорания поглотителя в процессе работы реактора, оказывает малое влияние на параметры стержня и усложнение конструкции становится неоправданным. Увеличение объемной доли внутреннего поглотителя сверх 25% от суммарной доли приводит к появлению области нечувствительности к замедлителю стержня во внутренней части этого поглотителя и влечет за собой снижение эффективности стержня. Данная конструкция позволяет повысить ресурс и эффективность регулирующего стержня, улучшить безопасность и экономику реактора.

Формула изобретения

РЕГУЛИРУЮЩИЙ СТЕРЖЕНЬ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ, включающий по крайней мере один внутренний элемент с замедлителем нейтронов, окруженный наружным слоем поглотителя нейтронов из по крайней мере одного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и ресурса регулирующего стержня путем повышения степени "черноты" стержня, уменьшения накопления нейтронов в замедлителе, растечки их через торцевые области замедлителя и уменьшения градиента скорости захвата нейтронов по толщине поглотителя, во внутренней области замедлителя из группы гидрид иттрия, гидрид титана, гидрид циркония размещен по крайней мере один элемент с поглотителем нейтронов, причем толщина слоя замедлителя по радиусу стержня составляет не менее 0,5 длины свободного пробега нейтронов в замедлителе, а соотношение объемных долей материалов выбрано из условия: наружный поглотитель 15 50% замедлитель 35 70% и внутренний поглотитель 1 25% от суммарной объемной доли поглотителя и замедлителя в стержне.

РИСУНКИ

Рисунок 1