Способ управления нейтронным потоком ядерногореактора и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ 716415

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Лонолнительиое к авт. свид-ву (22) Заявлено 25. 05. 78 (2 ) 2621838/18-25

Э (5l)M. Кл. с присоедииениехт заявки J4- 262! 826/18" 25 (23) Приоритет (; 21 С 7/22

1ооударстввииый комитат

СССР во девам иэобретений и открытий

Опубликовано 07.08.81 ° ктллетеиь pk 29 (53) УДК 621.039. ..- .56 (088.8) Лата опубликования ояисакия 07. 08. 8!

Е.В.Филипчук, П.Т.Потапенко, В.В.Федулов и В.П.Сивоконь (72) Авторы изобретения

ВЛ - Ъ

Московский ордена Трудового Красного Эн от,,-, ннженерно физический институт ч тиейтИ/;,ч, (7!) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НЕЙТРОННЬК ПОТОКОМ ЯДЕРНОГО

РЕАКТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Такой способ и устройство -при реализации требует большого количест" ва пневмоэлементов, коммунт!каций для изменения давления газа-поглотителя, уплотнений, разъемных соединений и подвижных механизмов. Это обуславливает большую ядерную опас . ность при разгерметизации и утечке газа-поглотителя.

Изобретение относится 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 (!).

В этом способе плотность поглощающе10 го нейтроны газа изменяется с помощью снльфонного вытеснителя, в устройстве приводом вытеснителя служит серводвигатель.

Для мощных энергетических реакто15 ров, имеющих большой управляющий объем с газом-поглотителем, такой способ н устройство неудобны..Для достижения желаемого диапазона изменения плотности газа употребляются громоздкие сильфонные блоки с мощными механическими приводами.

Механические перемещения сильфона повышают опасность разгерметизации управлякп(его объема и утечки газа-поглотителя.

Известны также способ и устройство для управления нейтронным потоком )Zj. 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 обеспе" чивается компрессором.

Наиболее близкими по технической сущности являюся способ управления йейтронным потоком ядерного реактора путем изменения плотности поглощающего нейтроны газа, находящегося в нейтронном потоке (3 ), и устройртво для его осуществления, содержащее замкнутый объем с газом поглотителем нейтронов, состоящий из сообщаощйхся между собой секций, часть иэ которых расположена внутри н хотя бы одна вне нейтронного потока ядерного реактора (4 ).

Способ основан на изменении плотности газообразной фазы поглотителя за счет нагревания его жидкой фазы.

Жидкую фазу поглотнтеля нейтронов нагревают в баке подогревателя, с .которым непосредственно связан управляющий объем, содержащий пары (газообразную фазу) поглотителя.

Нагревая жидкую фазу поглотителя, увеличивают парообразованйе, изменя- ют давление насыщающего пара-йоглотителй и, таким образом, управляют поглощающей способностью управляющего объема.

В качестве поглотителя используются пары боринтриамина-жидкости с температурой кипения 53 О С.

15

25

Однако применение известных жидких поглотителей вызывает (особенно в паровой фазе) сильную коррозию

А коммуникаций, повьппает инерционность 35 систем, требует мощных нагревателей, При аварийном отключении питания или отказа нагревателя, температура жид" кой 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 ядерного реактора посредством импульсных линий соединена с напорным коллектором, давление в котором поддерживается насосом. Управление поглощающей способностьв секции достигается 50 изменением расхода газа через эту сек цию.

Устройство содержит коммуникации для изменения давления газа-поглотителя, невмоэлементы, в частности насос,55 различного рода соединения и уплотнения, Все зто:и наличие в устройстве подвижных механизмов обуславли- .

7164

15 ф вает большую ядерную опасность разгерметизации и утечки газа поглотителя.

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

Поставленная цель достигается тем, что изменяют перепад температур поглощающего газа между отдельными 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, нагреваот в какой-либо из частей объема, в 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 обьема, 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 перемешающихся элементах, разъемных соединениях, уплотнениях. Способ позволяет использовать химически неактивный газ (например, инертный гелий-3), повысить быстродействие систем управления, так как масса нагреваемого газа невелика (до 1 r) .

Расположение нескольких частей замкнутого объема с независимыми нагревателями в активной зоне поэволя/

716415 ет осуществить управление энергораспределением по объему реактора, При соответствующем расположении нагревателя в случае его аварийного отключения или отказа поглощающая способность управляющего объема увеЛичивается — устройство срабо" тает как средство защиты.

Кроме того, предлагаемый способ и устройство дают возможность осущест. io вить простое резервирование расположением нескольких нагревателей совместно.

Таким образом достигается повыше" ние ядерной безопасности., 15

Важная особенность способа заключается в том, что он не требует никаких механических перемещений, пневмоэлементов, в том числе и насосов, для поддержания разности давления.

Именно в насосах происходит основная утечка поглощающего газа и загряз нение его маслом. Последнее вредно сказывается на работе клапанов и вентилей и снижает ядерную безопасность. 25

Условиями эффективности применения и работы устройства являются сведение к минимуму переноса тепловой энергии между частями замкнутого объема, повышение мощности нагревате- З0 ля увеличение отношения всего объе1 ма, занимаемого газом к управЛяющему.

Расчеты показывают, что разогрев поглотителя под действием нейтронного 35 излучения реактора (единицы градуeos Кельвина) на два порядка меньше, чем разогрев нагревателем (сотни гра= дусов Кельвина) и не скажется íà работе устройств управления. Герметич- 40 ность замкнутого объема в устройстве гарантируется неразъемными соединениЯми, котоРые могУт быть осуществлены различными способами,например сваркой.

20

Управляющий объем состоит из трех сообщающи сся между собой секций. По крайней иере одна секция содержит по г меньшей мере один нагреватель. Для закрепления нагревателей в секциях служат диэлектрические прокладки 8.

Провода 9, соединяющие нагреватели с источником питания, выводятся иэ замкнутого объема через вакуумные вводы 10. В качестве одного провода используется корпус устройства, соединение нагревателя с корпусом 11

3а счет разогрева поглощающего газа нагревателем в какой-либо ceKUHH замкнутого объема, изменяется перепад температур поглощающего газа, находящегося в различных секциях замкнутого объема. Из-за перепада температур происходит термодиффуэия, и масса поглощающего газа перераспределяется внутри замкнутого объема и

55 изменяется плотность поглощающего газа в управляющем объеме. Таким образом, изменяется поглощающая способ - ность 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 эайкнутый обьем 1 с газом-поглотителем нейтро-.нов 2 (например гелием " 3), состоящий из двух частей. Одна из них представляет собой управляющий объем

3, содержит нагреватель 4, например вольфрамовую нить накаливания, и находится в актйвной зоне 5. Другая часть предстазляет собой газовый коллектор 6 (находится вне активной зоны ), к которому могут бйть подключены . несколько уйравляющих обьемов.

Теплоноситель 7 охлаждает объем с газом-поглотителем йзвне.

При отключенном нагревателе температура газа"поглотителя во всем объеме одинакова и определяется температурой теплоносителя, При -включении нагревателя газ в управляющеи обьеме нагревается, часть газа пе-. реходйт в коллектор. Таким образом, в управля10щеи объеме уменьшается плотйость газа," а значит, уменьшается и поглощающая способность"этого объема. При последующем отклкйении нагревателя газ охлаждается геплоносителем, и протекают обратные процессы. Перепады температур погйощающего газа между частями обьеиа достигают единиц градусов Кельвина.

".

Устройство,. показанное на фиг.2, служит для управления нейтронным потоком и высотным энергораспределителем в активной зоне ядерного реактора.

71641

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

Применение предлагаемого устройства в качестве локального регулятора может быть осуществлено с расположением всего устройства внутри ак- 45 тивной зоны. Такой локальный регулятор минимально изменяет интегральйую мощность, так как регулирование осуществляется только перераспределением поглотителя в активной зоне.

Это облегчает работу штатного регулятора интегральной мощности, На фиг.3 показано устройство для управления нейтронным потоком вне активной зоны, например, устройство управления нейтронным потоком 13 иа выходе горизонтального экспериментального канала 14, Устройство.7 возможно йаземным способом, например, сваркой. Капилляры 12, соединяющие секции объема, служат для сообщения секций-между ними, Сварка и сборка секций производится последовательно с контролем вакуума и изоляции.

Устройство работает следующим образом.

При отключенных нагревателях температура поглощающего газа опреде-ляется температурой теплоносителя.

Для увеличения мощности ядерного реактора следует повысить температуру газа в управляющем объеме,что .осуществляется нагревателем. Разогрев 15 газа приводит к тому, что часть газа выходйт. йз управляющего объема, и поглощающая способность управляющего объема уменьщается — мощность реактора .возрастает ° Обратные процессы протекают при охлаждении газа. Перепады температур газа-поглотителя, находящегося в разных секциях могут достичь нескольких сотен градусов

Кельвина.

Секционирование позволяет управлять энергораспределением по высоте активной зоны, так как поглощающая способность отдельной секции определяется работой конкретного нагре- ЗО вателя, расположенного в этой секции.

Для уменьшения взаимовлияния секций друг на друга следует- увеличить отношение всего объема, занимаемого N газом, к управляющему. отличается от вышеописанных только расположением нагревателя, С целью минимального искажения нейтронного потока на выходе горизонтального экспериментапьного канала нагреватель вынесен из управляющего объема и находится в коллекторе.

Таким образом, описанные устройства, реализующие предлагаемый способ, повышают надежность систем управления и ядерную безопасность.

В них отсутствуют подвижные механизмы, разъемные соединения, уплотнения, нет внешних коммуникаций.

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

Резервирование легко осуществить расположением нескольких нагревателей совместно.

Применение описанного способа и внедрение устройства для управления в промышленности даст положительный зкономический эффект эа счет уменьшения утечек газа-поглотителя.

Формула изобретения

1, Способ управления нейтронным потоком ядерного реактора путем из" менения плотности поглощающего нейтроны газа, находящегося в нейтронном потоке, отличающийся тем, что, с. целью повышения ядерной безопасности за счет повышения надежности управления, изменяют перепад температур поглощающего газа ме кду 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 нз которых расположена внутри, и хотя бы одна вне нейтронного потока ядерного реактора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения ядерной безопасности эа счет отказа от подвижных механизмов, коммуникаций для изменения давления газа-поглотителя, уплотнений, разъемных соединений, внутри по крайней мере одной секции

9 помещен по меньшей мере один нагре= ватель, например, электрический.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Патент Англии N - 1182888, кл. G 6С, опублик, 1970.

716415

)О

2. Патент Англии II 1080384 (приоритет Канады), кл. G 6 С, опублик, 1967.

3. Патент США В 2.990.358, кл. 1 76-22, опублик. 1961.

4. Авторское свидетельство СССР

N 5386 16, кл. G 21 С 7/22, 1974 (прототип).

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4