CZ31369U1 - Vysokoteplotníjaderný reaktor, chlazený roztavenou fluoridovou solí - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.

CZ 31369 Ul

Vysokoteplotní jaderný reaktor, chlazený roztavenou fluoridovou solí

Oblast techniky

Technické řešení se týká vysokoteplotního jaderného reaktoru malého výkonu chlazeného fluoridovou solí.

Dosavadní stav techniky

Vývoj reaktorů, které při svém provozu využívají roztavené fluoridové soli, sahá až do 60. let minulého století. V prvních konceptech fluoridových reaktorů se uvažovalo s tekutým palivem (MSR), což však s sebou nese velice složité řešení chemických procesů využívaných pro čištění fluoridových solí od produktů štěpení paliva. Z tohoto důvodu bylo později od vývoje tohoto typu reaktorů postupně upuštěno. Výhodou využití chladivá aktivní zóny na bázi roztavených fluoridových solí je přenos vysokopotenciálového tepla, které může být využito jak k výrobě elektrické energie s vysokou účinností, tak i k přímému využití v průmyslových procesech (chemický, metalurgický, produkce vodíku k energetickým účelům).

V roce 2004 byl zveřejněn předkoncepční návrh reaktoru AHTR, využívající fluoridovou sůl v kombinaci s pevným palivem. Tento návrh měl být alternativou k vysokoteplotnímu reaktoru, chlazenému heliem, a do jisté míry vycházel z řešení reaktorů MSR. Reaktor AHTR je koncipován jako klasická velká jaderná elektrárna s elektrickým výkonem cca 1300 MW. Uvažovaná teplota soli na výstupu z aktivní zóny je v rozmezí 700 až 1000 °C.

Návrh reaktoru s menším výkonem SmAHTR se objevil v roce 2010. Technické řešení je do značné míry společné s reaktorem AHTR, avšak v případě menšího reaktoru je kladen větší důraz na kompaktnost a modularitu systému. I v případě reaktorů SmAHTR se bude jejich využití podobat klasickým jaderným elektrárnám. Teplota chladivá na výstupu z AZ činí 700 °C. Konstrukce aktivní zóny a paliva bude vycházet z konceptu AHTR.

Společným znakem obou popsaných typů reaktorů je nutnost vymezení velkého chráněného prostoru a využití značné míry další infrastruktury, nutné zejména k výměně paliva a jeho meziskladování, a která umožňuje provoz těchto reaktorů.

Pro koncepci tohoto technického řešení bylo čerpáno z následující literatury:

[1] . Status of Preconceptual Design of the Advanced High-Temperature Reactor. ORNL/TM2004/104, dostupné z https://info.oml.gov/sites/publications/Files/Pub57278.pdf, 6.10. 2017, [2] , Greene, S. R. et al., “Pre-Conceptual Design of a Fluoride-Salt-Cooled Smáli Modular Advanced High-Temperature Reactor (SmAHTR)”, ORNL/TM-2010/199, 2010, dostupné z http://info.oml.gov/sites/publications/files/Pub26178.pdf, 20. 9. 2017.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje vysokoteplotní jaderný reaktor, chlazený roztavenou fluoridovou solí, a umístěný v reaktorové nádobě, jehož aktivní zóna sestává z prizmatických palivových souborů a je obklopena reflektorem, přičemž palivo zůstává v aktivní zóně po celou dobu životnosti reaktorového modulu, jehož podstata spočívá v tom, že reaktorovou nádobu tvoří transportní obal pro transport čerstvého či vyhořelého paliva, který je opatřen chladicím systémem. Chladicí systém je tvořen směšovací komorou opatřenou stoupačkou obklopující výměník pro odvod zbytkového tepla z aktivní zóny reaktoru přirozenou cirkulací chladivá. Chladicí systém je opatřen čerpadlem.

Navrhované technické řešení eliminuje nároky na výstavbu a je možné jej použít v oblastech, kde chybí rozvinutá infrastruktura.

Aktivní zóna sestává z pevného prizmatického paliva, reaktorová nádoba (nádoba reaktoru) zároveň slouží jako obalový soubor pro přepravu (transportní obal) radioaktivního inventáře a zásoba paliva v aktivní zóně vystačí na celkovou dobu předpokládaného provozu reaktoru. Aktivní zóna

-1 CZ 31369 Ul reaktoru sestává ze semi-homogenního prizmatického paliva rozmístěného v reaktorové mříži a je obklopena reflektorem. Palivo zůstává v aktivní zóně po celou dobu životnosti reaktorového modulu. Konstrukce paliva umožňuje využití pokročilých cyklů založených na použití thoria nebo izotopů plutonia.

Reaktor podle tohoto technického řešení slouží jako zdroj energie a tepla pro technologické celky, či osídlené oblasti odříznuté od elektrické sítě a dostatečné infrastruktury. Výkon reaktoru je limitován hodnotou 20 MW tepelných při očekávané délce provozu více než 6 let. Základní filozofií konceptu je nahrazení dieselových agregátů v místech a aplikacích, kde se využívají. Specifika reaktoru jsou chladivo ve formě eutektické směsi roztavených fluoridových solí LiFBeF₂ (66 - 34 %), kteréžto palivo typické spíše pro vysokoteplotní plynem chlazené reaktory (HTGR), a grafitový moderátor.

Reaktor podle tohoto technického řešení je, oproti zmíněným konceptům, možné umístit do lokalit s nedostatečně rozvinutou infrastrukturou, protože těleso aktivní zóny s výměníkem bude uloženo v nádobě, která bude svými specifikacemi splňovat nároky na přepravní obalový soubor. To znamená, že na místě potřeby nebude nutné jakkoliv manipulovat s vyhořelým jaderným palivem. Na konci životnosti paliva bude modul s aktivní zónou odpojen a ponechán na místě cca 5 let, dokud zbytkový vývin tepla a dávkový příkon na povrchu kontejneru nepoklesne na hodnotu, umožňující přepravu zpět do výrobního závodu.

Objasnění výkresu

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresu, kde obr. 1 znázorňuje podélný řez reaktorem.

Příklady uskutečnění technického řešení

Palivové soubory i jsou poskládány do mříže aktivní zóny. Reaktivita je řízena absorpčními tyčemi 2. Teplo, vznikající při štěpem palivového materiálu, je odebíráno fluoridovou solí v palivových souborech i a mezi palivovými soubory I. Směr proudění soli je ze spodní části aktivní zóny k vrchní části. Chladivo ve vrchní části opouští palivo a mísí se v horní směšovací komoře 3. Pláštěm horní směšovací komory 3 procházejí absorpční tyče 2. Z horní směšovací komory 3 jde chladivo stoupačkou 4 do výměníku 5, ve kterém cirkuluje sekundární médium. Po průchodu výměníkem 5 je chladivo čerpáno čerpadly 6 spádovými kanály 7 do dolní části reaktoru, kde se nachází spodní směšovací komora 8. Ve spodní směšovací komoře 8 dochází k míšení chladivá a opětovnému průchodu palivem 1. Aktivní zóna reaktoru je obklopena reflektorem 9. Celý primární okruh včetně výměníku 5 a dalších pomocných systémů je umístěn v nádobě 10 reaktoru, která zároveň slouží jako transportní obal pro čerstvé i vyhořelé palivo. Nádoba reaktoru 10 je vyrobena z litiny a je opatřena víkem 14 ze stejného materiálu. Víko 14 je k nádobě reaktoru 10 připevněno pomocí šroubů. Reaktor je bezobslužný a proto se v návrhu neuvažuje, že bude potřeba po spuštění a během provozu reaktoru víko H demontovat kvůli údržbě a kontrolám.

Průmyslová využitelnost

Reaktor podle tohoto technického řešení slouží jako zdroj energie a tepla pro technologické celky, či osídlené oblasti odříznuté od elektrické sítě a dostatečné infrastruktury. Zároveň může využívat pokročilé palivové cykly, zahrnující, thoriový cyklus, či spalování plutonia nebo minoritních aktinoidů.

Claims (3)

1. Vysokoteplotní jaderný reaktor, chlazený roztavenou fluoridovou solí, umístěný v reaktorové nádobě (10), jehož aktivní zóna sestává z prizmatických palivových souborů (1) a je

-2CZ 31369 Ul obklopena reflektorem (9), přičemž palivo zůstává v aktivní zóně po celou dobu životnosti reaktorového modulu, vyznačující se tím, že reaktorovou nádobu (10) tvoří transportní obal pro transport čerstvého či vyhořelého paliva, který je opatřen chladicím systémem.

2. Vysokoteplotní jaderný reaktor, chlazený roztavenou fluoridovou solí, podle nároku 1, 5 vyznačující se tím, že chladicí systém je tvořen směšovací komorou (3) opatřenou stoupačkou (4) obklopující výměník (5) pro odvod zbytkového tepla z aktivní zóny reaktoru přirozenou cirkulací chladivá.

3. Vysokoteplotní jaderný reaktor, chlazený roztavenou fluoridovou solí, podle nároku 1 a 2, vyznačující se tí m , že chladicí systém je opatřen čerpadlem (6).

ίο 1 výkres