Малогабаритная автономная энергетическая установка
Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам. Предложена малогабаритная ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с подводящими и отводящими трубопроводами, с вынесенными за радиационную защиту органами регулирования и ядерной безопасности и преобразователь энергии, находящаяся в погруженном в грунт контейнере. Ядерный реактор находится автономно в герметичной ампуле, помещенной в нижней части вертикально расположенного в грунте контейнера, который сверху закрыт защитной пробкой, в состав которой входят чередующиеся слои гранулированного нейтронопоглощающего материала, например гидрида титана, и диски из стали, а сам контейнер подвешен на силовой конструкции, опирающейся на фундамент, выполненный на удалении от шахты контейнера, вокруг которого сформирован профилированный защитный пояс из бетона, а преобразователь энергии размещен отдельно от реактора в герметичном контейнере и соединен с ним трубопроводами. Изобретение позволяет повысить технологичность процесса утилизации реактора после окончания его функционирования. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ), используемым в качестве источников электрической энергии для отдаленных малонаселенных пунктов. Известен ряд конструкций, подобных ЯЭУ, в которых реактор выполнен в одном модуле с преобразователем энергии, приведенных, например, в книге Ярыгин В.И., Ружников В.А., Синявский В.В. Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии: Монография. - М: НИЯУ МИФИ, 2016. - 364 с.
Наиболее близким техническим решением, к заявленному, является ЯЭУ, предложенная по пат. №4893380/25, 23.03.93 Бюл. №11, С.П. Ананьев, О.Г. Беляев, Е.П. Каплар, В.А. Елизаров. Атомная станция.
Недостатком такой ЯЭУ является невозможность без существенных технических и технологических трудностей провести извлечение реактора из агрегатов ЯЭУ для его последующей утилизации, а также жесткая привязка к грунту, что может отрицательно сказаться на функционировании ЯЭУ при ее размещении на слабых грунтах.
Задача, на выполнение которой направлено заявленное изобретение, - повышение технологичности процесса утилизации реактора после окончания его функционирования и возможность размещения ЯЭУ на слабых грунтах.
Этот результат достигается тем, что: ядерный реактор находится автономно в герметичной ампуле, помещенной в нижней части вертикально расположенного в грунте контейнера, который сверху закрыт защитной пробкой, в состав которой входят чередующиеся слои гранулированного нейтронопоглощающего материала, например гидрида титана, и диски из стали, а сам контейнер подвешен на силовой конструкции, опирающейся на фундамент, выполненный на удалении от шахты под контейнер, вокруг которого сформирован профилированный защитный пояс из бетона. Между контейнером с реактором и фундаментом размещены термосифоны и слои теплоизоляции, например, из пеностекла, обеспечивающие допустимую температуру грунта. При этом трубопроводы в ампуле, выходящие из реактора, снабжены гильотинами, пережимающими и разрезающими трубопроводы перед извлечением реактора из контейнера при его утилизации, а также в ампуле размещен компенсационный бак жидкометаллического реакторного контура.
На рис. 1-2 приведена конструктивная схема с ЯЭУ.
ЯЭУ (рис. 1) содержит ядерный реактор 1, помещенный в капсулу 2. Она состоит из нескольких цилиндрических оболочек с фланцами. Непосредственно за реактором размещен диск 3 тяжелого компонента радиационной защиты из вольфрама. В ампуле, помимо диска, на трубопроводы 4 установлены гильотины 5 для пережатия и разрезки трубопроводов перед извлечением из контейнера 6 реактора после окончания ресурса. Кроме них, в ампуле присутствует компенсационный бак 7, в который перетекает теплоноситель при пережатии трубопроводов 4.
Сама ампула помещена в контейнер 6, погруженный в грунт 8. В верхней части контейнер имеет слабо коническую форму. На этом участке в него вставлена защитная пробка 9. Она представляет собой отсек в форме усеченного конуса с чередующимися слоями, например, гранулированного гидрида титана 10 и стальными дисками 11. Такая конструкция обусловлена формированием защиты в процессе ее монтажа для реализации геометрии трубопроводов, исключающей по ним прострел радиационного излучения.
Сквозь защитную пробку помимо трубопроводов проходят рессоры органов регулирования и ядерной безопасности к электроприводам 12, 13, размещенным над пробкой 9.
Дополнительно к защитной пробке для обеспечения допустимого радиационного излучения на поверхности применена размещенная вокруг контейнера профилированная защита 14 из бетона. Она предназначена для снижения прострела радиационного излучения по зазорам между ампулой и контейнером.
Верхняя часть контейнера закреплена на силовой конструкции, например, рамы 15, опирающейся на фундамент 16, размещенный на расстоянии вокруг шахты. В кольцевой области между контейнером и фундаментом в грунт помещены термосифоны 17. Их назначение - охладить грунт от имеющего в нем радиационного тепловыделения и препятствовать приходу тепла на фундамент. Этой же цели служит кольцевой слой теплоизоляции 18, материалом которой может быть, например, пеностекло.
Преобразователь энергии 1 (рис. 2) размещен вблизи шахты 2 под реактор 3. На трубопроводах 4, выходящих из защитной пробки и идущих на преобразователь энергии, например термоэлектрический генератор, установлены устройства 5 для стыковки заправленных теплоносителем жидкометаллических контуров. Они позволяют доставлять элементы жидкометаллического контура, заправленные теплоносителем, и стыковать их на стройплощадке.
Предложенная конструкция обеспечивает стабильное положение в ампуле ядерного реактора независимо от характера грунта. Контейнер совместно с реактором подвешен на фундаменте, жесткость которого обеспечивают термосифоны совместно со слоем теплоизоляции.
Она также позволяет независимо от преобразователя энергии относительно простыми методами извлечь ядерный реактор из шахты и поместить в транспортно-универсальный контейнер.
1. Малогабаритная ядерная энергетическая установка, содержащая ядерный реактор с подводящими и отводящими трубопроводами, с вынесенными за радиационную защиту органами регулирования и ядерной безопасности и преобразователь энергии, находящаяся в погруженном в грунт контейнере, отличающаяся тем, что ядерный реактор находится автономно в герметичной ампуле, помещенной в нижней части вертикально расположенного в грунте контейнера, который сверху закрыт защитной пробкой, в состав которой входят чередующиеся слои гранулированного нейтронопоглощающего материала, например гидрида титана, и диски из стали, а сам контейнер подвешен на силовой конструкции, опирающейся на фундамент, выполненный на удалении от шахты контейнера, вокруг которого сформирован профилированный защитный пояс из бетона, а преобразователь энергии размещен отдельно от реактора в герметичном контейнере и соединен с ним трубопроводами.
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между контейнером с реактором и фундаментом размещены термосифоны и слои теплоизоляции, например, из пеностекла, обеспечивающие допустимую температуру грунта.
3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в ампуле трубопроводы, выходящие из реактора, снабжены гильотинами, пережимающими и разрезающими трубопроводы перед извлечением реактора из контейнера при его утилизации, а также размещен компенсационный бак жидкометаллического реакторного контура.
