Устройство для управления нейтроннымпотоком

 

О " А-НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ив

Социалистическив

Республик

< >719342 (51)М. Кл;

3 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено18.09. 78 (21) 2677622/18-25 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 07. р8 81, Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания Ip. p8 8 1

6 01 С 7/22

6 01 К I/00

Геоударотввнный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК66.023 (088.8) (72) Авторы изобретения

E В. Филипчук, П. Т. Потапенко, В. П. Сивоконь и А. П..Трофимов (7I) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НЕИТРОННЬМ ПОТОКОМ

Изобретение относится к области ядерной энергетики. Оно может быть использовано, например, на ядерных реакторах с целью управления нейтронными потоками, исходящими из активной зоны, в частности на исследовательских реакторах для управления пучками нейтронов из экспериментальных каналов, когда это не- обходимо осуществлять без изменения, мощности реактора. 16

Управление нейтронными пучками с помощью механических тяжеловесных .экранов — шиберов искажает потоки и неэффективно, поэтому не нашло lriiipo- кого применения на реакторах. Газовые регулирующие органы в этом смысле являются оптимальными.

Известно устройство, в котором управляющий объем (баллон с газом-погло- . 20 тителем нейтронов) непосредственно через напорный коллектор связан с баком подогревателя 1,! ).

Часть поглотителя нейтронов находится в жидкой фазе и занимает объем подогревателя. Подогреватель, изменяя температуру жидкой фазы поглотителя, управляет давлением ег6 г"а эообразной фазы. Недостатки устройства заключаются" в его ийерцроййости, обусловленной большой теплоемкостью нагреваемой среды, Кроме того, извест" ные жидкие поглотители вызывают сильную коррозию коммуникаций, снижая надежность устройства.

Известно устройство, которое представляет собой замкнутый объем с коммуникациями для изменения давления газа-поглотителя нейтронов (2),Этот объем состоит из.сообщающихся между собой секций, часть которых находится в нейтронном потоке и представляет собой управляющий объем, а одна секция помещена вне.нейтронного потока.

Каждая из секций управляющего объема соединена с напорным коллектором, давление в котором поддерживается

9342 4

30 дежно, S0

7l насосом, Управление поглощающей способностью такой секции достигается измененйем расхода газа через эту секцию.

Устройство содержит коммуникации для изменения давления, пневмоэлементы, насос, различного рода соединения и уплотнения. Все это, особенно наСос, а также наличие в устройстве подвижных механизмов обуславливает его невысокую надежность и утечки газапоглотителя.

Наиболее близкйм к изобретению по технической сущности и достигаемому, результату являе1 ся устройство для

: уйравления нейтронным потоком, состоящее из нагревателя и секционированного замкнутого объема с газом-поглотителем нейтронов, в котором одна секция находится в нейтронном потоке и является управляющей, а другая расположена вне его (31

Это устройство содержит объем с газом, разделенный на две секции сильфоном. Одна секция помещена в нейтронном потоке и наполнена слабопоглощающим нейтроны газом СО

2. а другая находится вне его в выходном потоке теплоносителя и содержит газ В Е сильно поглощающий нейтроны. Теплоноситель выполняет функции нагревателя газа-поглотителя. Устройство работает следующим образом.

Увеличение мощности реактора выше уровня приводит к повьпнению температуры теплоносителя, который нагревает газ-поглотитель. Газ расширяется и, воздействуя на сильфон, попадает в активйую зону, вытесняя С0 . Это приводит к увеличению поглощающей способности части объема, находящейся в активной зоне и к снижению мощностй. Обратные процессы протекают при уменьшении мощности реактора ниже заданнбго уровня.

Таким образом, устройство стабилизирует мощность реактора на заданном уровне и че способно этот уровень изменять. Это устройство инерционно из=за зйачительной теплоемкости нагреваемой среды и запаздывания, обус- . ловленного ограниченной скоростью теченйя теплоносителя и из-за малой эффективности нагревателя. Иеханические перемещения сильфона„ его износ снижают .надежность устройства.

Использование автономного электрического нагревателя вместо нагревателя-теплоносителя дает возможность йзменять уровень мощности реактора, но не устраняет остальных недостатков. Нагреватель в таком4 устройстве использован неэффективно

Э он нагревает извне весь газ-поглотитель через стенки корпуса и корпус устройства. Это обуславливает низкий диапазон регулирования и недостаточное быстродействие.

Целью предлагаемого изобретения является повьппение 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 находится вне потока, причем в качестве секции, расположенной вне потока, использован остальной объем монореивера.

Спираль закреплена на каркасе, изготовленном согласно профилю нейтронного потока. Газопитательная труб-, ка 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 пневмо40 элементами.

Такое устройство содержит минимальное количество сварных швов, в нем отсутствуют подвижные механизмы насо1.

t сы, сильфоны, поэтому оно высоконаЭлектрический 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 них спираль 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

5 719342 расходуется на разогрев газа именно" ные качественные кривые распределен пределения в том объеме(расположенном в нейтрон- температуры (пунктиром)и плотности ном потоке поглощающую способность поглощающего раза (сплошная линия1по которого надо изменять при управле-" — диаметру моноресйвера.

Устройство представляет собой

В этом случае, когда нагреватель изолированный от газовых емкостей и включен, самую высокую температуру, пневмоэлементов моноресиве оресивер, корпус близкую к температуре спирали, имеет которого выпсжнен из металла с ма-. газ, находящийся в нейтронном потоке. лым сечением поглощения нейтронов

По мере удаления от этой области к 1g Нагреватель выполнен в виде спйрали границам моноресивера, охлаждаемого 2, закрепленной на прямоугольном каризвне, температура газа уменьшается касе из диэлектрических направляющих практически до температуры стенок. стержней 3, расположенных согласно

- Тогда как плотность и поглощающая " нейтронному пучку 4. Таким образом, способность газа наоборот — в строгом 15 в пучке находится часть моноресивера, соответствии с температурой — повы- ограниченная спиралью нагревателя, шается от центра к стенкам. В местах прохождения нейтронного

При отключенном нагревателе тем- пучка толщина стейок корпуса минималь- пературы газа в моноресивере выравни- иа из-эа высверленйых полостей 5. вается по объему, приближаясь к тем- ро Провода гитания нагревателя 6, заканпературе стенок и соответственно проис- чивающиеся металлической шайбой 7

1 ходит перераспределенйе массы. Пог- соединяются со спиралью с помощью боллощающая способность газа, находящегося тов 8. Болты электроизолированы от в нейтронном потоке, увеличивается; корпуса устройства диэлектрическими

Для эффективной работы предлагае- 25 втулками 9. Герметичный переходник 10 мого устройства необходимы следую- . служит для вывода проводов питания. щие условия: диаметр моноресивера Импульсная питательная трубка 11, немного больше диаметра нейтронного пуч- обходимая для предварительного .вакуука и спирали, его окаймляющей1,в пять= мирования устройства и наполнения его десять раз) диаметр пучка нейтронов 30 поглощающим нейтроны:газом 12 (на/ .достаточно мал 1 5 см, чтобы при задан пример, гелием-3) затем завариваются ном поглотителе с определенной тепло- после чего устройство полностью иэолипроводностью температура газа-погло- ровано, Охлаждающая среда на чертеже тителя внутри пучка по диаметру су- ке показана. щественно не изменялась. 35 УстРойство работает следующим обХотя для широких пучков можно пред разом. При отключенном нагревателе дожить спираль,, помещаемую внутрь температура поглощающего газа опредепучка, такое устройство будет созда- ляется температурой охлаждающей с ающе среды вать искажения. B Распределена равномерно по диаметру

Важным для эффективной Работы Уст- 411 Моноресивера. Также равномерно распреройства является требование интенсив- делена и плотность газа. При включеД- . ного охлаждения моноресивера извне, ном нагревателе температура газа-rlorJIoобеспечивающего быстрое охлаждение Н е »7 ÐH спирали в области нейтгаэа-поглотителя при отключении íà- PoHHQFQ пучка близка к температуре гревателя. 45 спирали, а по краям моноресивера— диапазон регулирования прямо за- к температуре охлаждающей среды, Вслед-1 висит от максимально возможной тем- ствие массопереноса под действием пературы нагревателя, поэтому спираль термодиффузии, плотность поглощающенакаливания рекомендуется изготавли- го газа распределяется по объему вать из жаропрочного материала, на- 5О моноресивера в строгом соответствий с пример вольфрама, его температурой. Таким образом, в

Корпус ус-„ройства не должен сильно высокотемпературной области нейтпоглощать нейтроны, создавая пара- Ронного пУчка нахоДйтсЯ минимУм плотэктное ослабление пучка. Для его из- ностиу то есть минимум поглощающей готовления рекомендуются материалы 55 способности, так как часть массы сечением поглощения нейтро- газа путем термодиффузии перешла от нов, например, алюминий. высокотемпературного (800"С)центра

На фиг ° 1 показано предлагаемое моноресивера к низкотемпературным устройство; на фиг. 2 — нелиаризован- стенкам(30 С),.

Формула изобретения

1. Устройство для управления нейтронным потоком, состоящее из нагревателя и секционированного замкну10 того объема с газом-поглотителем нейтронов, в котором одна секцйя находится в нейтронном потоке и является управляющей, а другая расположена вне его, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения диа15 ° пазона регулирования, быстродействия и надежности, замкнутый объем выполнен в виде цельного моноресинера, в качестве управляющей секции служит

20 его центральная часть, ограниченная спиралью нагревателя н расположенная

/ в зоне потока, а остальная часть находится вне потока.

3s 2. Авторское свидетельство СССР

Il 538616, кл. 6 21 С 7/22, 1974.

3, Патент Англии II 1042315, кл. G 6 С опублик. 1960(прототип). — 7193

После отключения нагревателя температура и плотность газа-поглотителя снова выранйваются, то есть управление осуществляется изменением мощности нагревателя (фиг.2).Кривы . I при отключенном нагреваиеле, кривые 2 при=включеййом. На«оси абсцисс Д)— диаметр м»ойоресивера, R — его радиус

Х,!1 X2 — координаты пересечения спирали осью абсцисс.

Предлагаемое устройство имеет расширенный диапазон регулирования и увеличеннное быстродействие по сравнению с прототипом эа счет более эф4 ек»тйвйого использования нагревателя, В устройстве нагреватель расположей внутри газового объема, что позволяет сделать его более высоко"тем«перату«рйым. Кроме того, в предлагаемом устройстве нагреватель-большую часть энергии расходует полезно, разогревая газ-поглотитель только в областй нейтронного потока.

Для устройства характерно повьппение надежйости за счет существенного упрощения. Устройство вйполнено без подвижных механизмов, разъемных соединений и содержит минимум сварных шво в.

Такое устройСтво более экономичйо" и«э=«эа эффективного использования нагревателя и сокращение утечек газапоглотителя.Расчеты показывают, что выгорание

rasa-поглотйтеля(йейтронов гелия -3 в потоках экспериментальнйх каналов до 10 нейтр/см. с)не существенно снижает эффективность устройства в те42 8 чение нескольких лет, после чего его можно легко и быстро заменить.

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 CIIIA N - 2990358, кл. 176-21„ ойулик, 196!.:

: 719342

Ag

Фиг.Л

Составитель В. Макаров

Редактор И. Марголис Техред H. Ковалева Корректор Н. Швыдкая

Заказ 5904 49 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная,4