CZ37747U1 - Reaktor s palivovým kanálem pro jaderné palivo - Google Patents

Description

Reaktor s palivovým kanálem pro jaderné palivo

Oblast techniky

Předmětem technického řešení je reaktor s alespoň jedním palivovým kanálem pro jaderné palivo, který zahrnuje modulární neutronový reflektor.

Dosavadní stav techniky

V současné době existuje několik různých typů reaktorů na jaderné palivo. Mezi časté typy reaktorů patří například tlakovodní reaktor, těžkovodní reaktor či plynem chlazený reaktor. Součástí reaktorů je standardně reflektor, který ovlivňuje bilanci neutronů v aktivní zóně reaktoru, ve které dochází k jadernému štěpení, a zároveň poskytuje tepelnou a radiační ochranu reaktoru. V tlakovodní reaktorech, kde je chladivo zároveň moderátorem, je reflektor kombinací chladiva reaktoru a těžké komplikované ocelové konstrukce, která je součástí jedné nádoby reaktoru. V těžkovodních reaktorech, který má jako chladivo a moderátor těžkou vodu, je moderátor zároveň i neutronovým reflektorem. Standardně je reflektor umístěn v aktivní zóně reaktoru.

Mezi další typy reaktoru se řadí i reaktor zahrnující nádrž moderátoru s palivovými kanály s jaderným palivem. Tento reaktor je známý například z dokumentu CZ 202300134 A3, nicméně v tomto dokumentu není zmíněný reflektor.

Bylo by vhodné přijít s řešením reflektoru pro reaktor zahrnující nádrž moderátoru s palivovými kanály.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky do jisté míry odstraňuje reaktor s alespoň jedním palivovým kanálem pro jaderné palivo. Reaktor zahrnuje nádrž moderátoru, která zahrnuje alespoň jeden palivový kanál pro jaderné palivo. Alespoň jeden palivový kanál zahrnuje palivový soubor, výhodně právě jeden palivový soubor. Reaktor dále zahrnuje neutronový reflektor, který zahrnuje alespoň dva moduly reflektoru. Každý modul reflektoru sousedí s alespoň jedním dalším modulem reflektoru. Alespoň jeden modul reflektoru je odnímatelný. Při pohledu shora neutronový reflektor alespoň částečně obklopuje nádrž moderátoru, výhodně reflektor zcela obklopuje nádrž moderátoru.

V reaktoru s palivovými kanály jsou tlakové hranice primárního okruhu okolo jednotlivých palivových kanálů a neutronový reflektor zde tak obklopuje všechny tyto tlakové hranice společně, což umožňuje jednodušší konstrukci reaktoru. Neutronový reflektor obklopuje nádrž moderátoru, kde je aktivní zóna reaktoru, ve které jsou vysoké teploty a vysoké hodnoty tlaku. Umístěním neutronového reflektoru mimo aktivní zónu reaktoru, ve které jsou mnohem nižší teploty a atmosférický tlak, je neutronový reflektor snáze vyměnitelný či opravitelný a má delší životnost, díky čemuž může být i samotný provoz reaktoru levnější. Rozdělením neutronového reflektoru na moduly je usnadněná montáž neutronového reflektoru a jeho údržba, neboť lze vyměnit například pouze poškozené moduly a je snazší manipulace při výměně apod. Modulární reflektor tak usnadňuje práci samotným operátorům a snižuje náklady na provoz reaktoru. Zároveň díky možné výměně pouze poškozených modulů reflektoru lze značně prodloužit životnost reaktoru.

Každý modul reflektoru může být z pevného skupenství, které umožňuje velmi jednoduchý servis či výměnu neutronového reflektoru. Díky pevnému skupenství lze také vyrobit konstrukčně jednoduchý modul reflektoru, čímž tak lze značně zlevnit výrobu celého neutronového reflektoru a jeho údržbu. Dále díky pevnému skupenství neutronový reflektor neovlivňuje dutinový

- 1 CZ 37747 U1 koeficient reaktivity (vyjadřující změnu reaktivity k přítomnosti dutin) na rozdíl od neutronového reflektoru v podobě kapaliny (např. moderátoru), který je využívaný v dosavadním stavu techniky.

Pro co největší účinnost neutronového reflektoru je výhodně neutronový reflektor z materiálu s co největší schopností odrazit neutrony, například z grafitu s jadernou čistotou.

Neutronový reflektor ve směru výšky nádrže moderátoru na obou koncích výhodně přesahuje alespoň jeden palivový soubor, výhodně každý palivový soubor, alespoň o 10 cm pro odražení co nejvíce neutronů vylétávajících z nádrže moderátoru. Tato hodnota je stanovená na základě měření v praxi. Konce nádrže moderátoru jsou nejvzdálenější body nádrže moderátoru ve vertikální rovině (ve směru výšky a proti směru výšky).

Reaktor může zahrnovat alespoň jednu ionizační komoru, která standardně slouží pro sledování úrovně neutronového toku a odezvy reaktoru na reaktivitu. Alespoň jedna ionizační komora může být umístěná v neutronovém reflektoru, kde jsou pro ni přijatelnější podmínky pro provoz a v případě potřeby také snazší přístup operátora. Díky umístění v neutronovém reflektoru, který je umístěný v prostředí s nižší teplotou a atmosférickým tlakem, může mít ionizační komora delší životnost. Dále umístění ionizační komory do reflektoru umožňuje optimalizovat poměr neutronového a fotonového toku (tedy mít co nejvyšší podíl neutronů k fotonům), jelikož ionizační komorou se měří neutronový tok, přičemž fotonový tok je nežádoucím efektem.

Reaktor může zahrnovat alespoň jeden absorpční element pro pohlcování neutronů, který tedy slouží pro řízení reaktivity reaktoru. Absorpční element je standardní součástí jaderného reaktoru.

Reaktor může zahrnovat prostor mezi nádrží moderátoru a reflektorem. Tento prostor mezi nádrží moderátoru a reflektorem může být vyplněný vzduchem. Dále zde může být umístěný alespoň jeden absorpční element pro pohlcování neutronů. Absorpční element tak může být umístěný mezi nádrží moderátoru a modulem reflektoru.

Absorpční element může být umístěný v reflektoru, například v některých modulech reflektoru může být umístěný alespoň jeden absorpční element. Absorpční element může být umístěný například v drážce modulu reflektoru tak, aby absorpční element byl umístěný mezi modulem reflektoru a nádrží moderátoru. Dále může být umístěný v otvoru pro absorpční element. Mezi absorpčním elementem a nádrží moderátoru tak je umístěná část modulu reflektoru. Výhodně je absorpční element umístěný při pohledu shora maximálně 50 cm, výhodněji maximálně 20 cm, od vnitřní stěny modulu reflektoru, která směřuje k nádrži moderátoru, pro co nejefektivnější absorpci neutronů. Absorpční element tak nemusí být umístěný ve vlastní pomocné konstrukci pro požadované umístění okolo nádrže moderátoru, která může zvýšit celkové náklady na reaktor. Díky umístění v neutronovém reflektoru, který je umístěný v prostředí s nižší teplotou a atmosférickým tlakem, či v prostoru mezi nádrží moderátoru a reflektorem může mít absorpční element delší životnost.

Každý modul je výhodně uchycený alespoň k jednomu dalšímu modulu reflektoru. Modul reflektoru je výhodně odnímatelně spojen se všemi sousedními moduly reflektoru tak, že tvoří souvislý útvar kolem nádrže moderátoru, např. ve tvaru pláště válce.

Každý modul reflektoru může mít tvar desky zakřivené při pohledu shora. Poloměr zakřivení může být alespoň stejný nebo větší, než je poloměr zakřivení nádrže moderátoru v daném místě, u kterého může být modul desky umístěný (konkrétně poloměr zakřivení vnější stěny nádrže moderátoru). Po směru výšky nádrže moderátoru může být většina modulů reflektoru ve tvaru zakřiveném s poloměrem zakřivením větším, než je poloměr zakřivení nádrže moderátoru v požadovaném místě, kde bude daný modul umístěný. Na většině výšky reaktoru má pak tedy reflektor poloměr zakřivení větší nebo roven poloměru zakřivení vnější stěny nádrže moderátoru. Například u vypouklého dna nádrže moderátoru může mít modul reflektoru poloměr zakřivení menší, než je zakřivení vypouklého dna.

- 2 CZ 37747 U1

Reaktor výhodně zahrnuje stínicí nádobu, která obklopuje neutronový reflektor, pro odstínění radioaktivního záření, které je nebezpečné pro operátory. Tato stínicí nádoba může být výhodně z betonu.

Každá spojnice středu nádrže moderátoru a vnějšího povrchu neutronového reflektoru v každém horizontálním řezu nádrže moderátoru výhodně vždy protíná alespoň jeden modul reflektoru. Každý spoj modulu reflektoru se sousedním modulem reflektoru tedy v každé horizontální rovině nesměřuje do středu nádrže moderátoru, aby nedocházelo k úniku neutronů rovnou ke stínicí nádobě (k tzv. průstřelu). Mezi sousedními moduly reflektoru se může nacházet vzduchová mezera pro snížení finančních nákladů na výrobu reflektoru, zlepšení chlazení reaktoru, zlepšení manipulace s moduly reflektoru atd. Obdobně každá vzduchová mezera výhodně nesměřuje do středu nádrže moderátoru. Na určitých místech tedy spojnice středu nádrže moderátoru a vnějšího povrchu reflektoru může protínat pouze jeden modul reflektoru v řezu horizontální rovinou a na určitých místech u spoje sousedních modulů reflektoru může spojnice středu nádrže moderátoru a vnějšího povrchu protínat dva moduly reflektoru při pohledu v řezu horizontální rovinou.

Pokud například reaktor zahrnuje ve směru výšky (ve vertikálním směru) více modulů reflektoru, tak spojnice středu nádrže moderátoru a vnějšího povrchu reflektoru protíná více modulů reflektoru, i když při pohledu do horizontálního řezu lze vidět pouze to, že protíná jeden modul reflektoru. Každý spoj modulu reflektoru se sousedním modulem reflektoru či vzduchová mezera výhodně nesměřuje do středu nádrže moderátoru v každém horizontálním řezu reaktoru, tedy ve směru výšky reaktoru. Tedy výhodně každá spojnice středu nádrže a vnějšího povrchu reflektoru ležící v každém řezu reaktoru horizontální rovinou v každé výšce nádrže moderátoru protíná alespoň jeden modul reflektoru.

Tato vlastnost výhodně platí nejen pro samotný střed, ale i pro jeho okolí. Tedy výhodně spojnice okolí středu nádrže moderátoru a vnějšího povrchu reflektoru spojuje střed nádrže moderátoru a body v jeho přilehlém okolí s body vnějšího povrchu reflektoru. Přilehlým okolím můžou být body vzdálené do vzdálenosti o hodnotě 25 % tloušťky nádrže moderátoru (např. průměru nádrže moderátoru), výhodněji do 25 % hodnoty poloměru nádrže moderátoru, od středu nádrže moderátoru v každém horizontálním řezu nádrže moderátoru. Pro každou takovou spojnici v každém řezu vodorovnou rovinou pak výhodně platí, že protíná aspoň jeden modul reflektoru.

V každém horizontálním řezu reaktoru můžou moduly reflektoru pokrývat alespoň 90 % celkové plochy neutronového reflektoru (např. plochy mezikruží) pro co největší účinnost reflektoru, dále součástí plochy reflektoru při pohledu shora můžou být vzduchové mezery, rámy modulů reflektoru atd.

Tloušťka reflektoru je výhodně alespoň na části výšky, výhodně na většině výšky, alespoň 30 % tloušťky nádrže moderátoru (např. u válcové nádrže moderátoru je tloušťkou její průměr) pro dostatečný odraz neutronů a izolační schopnost neutronového reflektoru. Tloušťka je rozměr v radiálním směru. Radiální směr je směr v horizontální rovině směřující od středové osy (ležící ve vertikálním směru) nádrže moderátoru. Středová osa nádrže moderátoru je výhodně totožná se středovou osou reaktoru.

Reaktor výhodně zahrnuje alespoň jeden rám pro alespoň jeden modul reflektoru. Rám je výhodně pevně uchycený ke stínicí nádobě. Rám zahrnuje alespoň jedno rameno, které zahrnuje alespoň jednu drážku pro odnímatelné uchycení modulu reflektoru do reaktoru. Rám je tedy pevnou nosnou konstrukcí pro modul reflektoru (či více modulů reflektoru, výhodně pro všechny), která usnadňuje vyjmutí a vložení modulu reflektoru na požadované místo v reaktoru. Výhodně jsou moduly k rámu odnímatelné uchycené, zvláště výhodně lze jednotlivé moduly odejmout bez nutnosti odnímat jakýkoliv další modul. Modul reflektoru z rámu lze jednoduše a rychle vyjmout.

- 3 CZ 37747 U1

Objasnění výkresů

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, ve kterých je znázorněný na:

obr. 1 reaktor v řezu horizontální rovinou;

obr. 2 reaktor v řezu vertikální rovinou procházející středem nádrže moderátoru; a obr. 3 reaktor v řezu horizontální rovinou s vyznačenou spojnicí středu nádrže moderátoru s bodem na vnějším povrchu reflektoru.

Příklady uskutečnění technického řešení

Reaktor bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy. První příkladné provedení reaktoru a jeho uspořádání je vyobrazené na obr. 1 až 3.

Reaktor v prvním příkladném provedení zahrnuje nádrž 1 moderátoru, ve které jsou umístěné palivové kanály 2, jak lze vidět na obr. 1. Palivový kanál 2 zahrnuje tělo, ve kterém jsou umístěné prostor pro chladivo, izolační vrstva a jeden palivový soubor. Palivový soubor je umístěný v prostoru pro chladivo, aby teplo, které se v něm generuje při jaderném štěpení, bylo z palivového souboru odváděno chladivem v prostoru pro chladivo k dalšímu využití. Prostor pro chladivo je obklopen izolační vrstvou, aby byl tepelně odizolován od moderátoru a co nejvíce tepla z palivového souboru bylo odvedeno k dalšímu využití. Izolační vrstvou v prvním příkladném provedení je plyn neon. Tělo palivového kanálu je tedy trubka s kruhovým průřezem, jak lze vidět na obr. 2. Ve vnitřní kružnici je umístěný palivový soubor a prostor pro chladivo a v mezikruží je izolační vrstva. Tělo každého palivového kanálu 2 je tlakovou hranicí reaktoru, uvnitř které se nachází radioaktivní médium. Za standardního provozu uvnitř nádrže 1 moderátoru probíhá řízená štěpná reakce, což má za následek vysoké teploty a tlaky tedy se jedná se o aktivní zónu reaktoru.

Palivové kanály 2 jsou v prvním příkladném provedení v nádrži 1 moderátoru umístěny vertikálně, za standardního provozu tak kapalné chladivo v palivových kanálech 2 proudí vertikálně. V prvním příkladném provedení je nádrž 1 moderátoru válcovou nádobou. Výška válce je orientována stejně, jako výška palivových kanálů 2, vertikálním směrem, jak lze vidět na výřezu části reaktoru na obr. 2. Za standardního provozu reaktoru je v nádrži 1 moderátoru kapalný moderátor.

Nádrž moderátoru 1 je umístěná ve stínicí nádobě 5, která slouží jako biologické stínění před radioaktivním zářením z reaktoru, čímž chrání především operátory reaktoru. Stínicí nádoba 5 je tedy z materiálu, který dokáže odstínit především gama záření, v prvním příkladném provedení z betonu, o dostatečné tloušťce pro požadované odstínění. Stínicí nádoba 5 je v prvním příkladném provedení vnějším obalem reaktoru, jak lze vidět na obr. 1. Stínicí nádoba 5 má v prvním příkladném provedení válcový tvar s dolním dnem. Na stínicí nádobě 5 je shora umístěné víko, které je rozdělené na samostatně odnímatelné části. Jedna část tak zakrývá prostor mezi nádrží 1 moderátoru a stínicí nádobou 5, a jiná část zakrývá samotnou nádrž 1 moderátoru, aby například při výměně modulu 4 reflektoru 3 bylo možné odkrýt pouze prostor mezi nádrží 1 moderátoru a stínicí nádobou 5.

Neutronový reflektor 3 zahrnuje několik modulů 4 reflektoru 3. Modul 4 reflektoru 3 je v prvním příkladném provedení zakřivená grafitová deska, která má při pohledu kolmo na směr výšky obdélníkový průřez, jak lze vidět na obr. 2, a při pohledu ve směru výšky nádrže 1 moderátoru má tvar výseče mezikruží, jak lze vidět na obr. 1. Zakřivení modulu 4 reflektoru 3 má společný střed se středem nádrže 1 moderátoru při pohledu shora, jak lze vidět na obr. 1, a poloměr je takový, aby společně všechny moduly 4 reflektoru 3 tvořily mezikruží o větším vnitřním poloměru, než má

- 4 CZ 37747 U1 nádrž 1 moderátoru v průřezu ve směru výšky, aby byla nádrž 1 moderátoru umístěna uvnitř mezikruží neutronového reflektoru 3. Jednotlivé moduly 4 reflektoru 3 tak mají velmi jednoduchý tvar, který je jednoduše vyrobitelný a opravitelný. Výroba tohoto modulu 4 reflektoru 3 je tedy levnější oproti standardním neutronovým reflektorům 3 z dosavadního stavu techniky. Modul 4 reflektoru 3 je z grafitu s jadernou čistotou, kdy se jedná o nižší úroveň čistoty grafitu (grafit s vyšší čistotou, tzv. reaktorovou čistotou, lze použít jako moderátor do některých druhů reaktorů), která je vhodná pro efektivní odrážení neutronů zpět do palivových kanálů 2, což vede k úspoře neutronů a k zefektivnění reaktoru.

Každý modul 4 reflektoru 3 v prvním příkladném provedení je uchycen k rámu reflektoru 3. V prvním příkladném provedení se jedná ocelovou konstrukci dle tvaru modulu 4 reflektoru 3. Rám zahrnuje tři nosná ramena, která jsou při pohledu kolmo na směr výšky uspořádána do tvaru písmene U. Každé rameno zahrnuje drážku, do které se zasune modul 4 reflektoru 3. Ramena jsou umístěná tak, aby se do prostoru mezi rameny uložil modul 4 reflektoru 3, tedy drážka na vodorovném rameni směřuje směrem vzhůru a drážky na obou vertikální ramenech směřují směrem k sobě. Délka drážky je ve vertikálním směru. Každý modul 4 reflektoru 3 má v prvním příkladném provedení samostatný rám. Každé vertikální rameno rámu je v prvním příkladném provedení umístěno mezi moduly 4 reflektoru 3, mezi modulem 4 reflektoru 3, který rameno daného rámu uchycuje, a sousedním rámem s modulem 4 reflektoru 3. Drážky v ramenech mají stejnou tloušťku jako modul 4 reflektoru 3 v daném místě. Ramena tedy zde mají větší tloušťku než modul 4 reflektoru 3. Vodorovně orientované nosné rameno je umístěné u dolního dna stínicí nádoby 5, rám je tedy otevřený u víka reaktoru, aby bylo možné modul 4 reflektoru 3 z rámu v případě potřeby vyjmout (vysunout z rámu směrem vzhůru). Vertikálně orientovaná ramena velmi usnadňují samotné zasunutí modulu 4 reflektoru 3, neboť navádí modul 4 reflektoru 3 a operátora provádějícího zasunutí do správné pozice. Při potřebné výměně či kontrole modulu 4 reflektoru 3 se odsune víko reaktoru nad reflektorem 3 a jeřábem se vytáhne požadovaný modul 4 reflektoru 3 z rámu a tento modul 4 se vymění (či zkontroluje, opraví), a následně se opět zasune zpět do rámu. Rám každého modulu 4 reflektoru 3 je upevněn ke dnu stínicí nádoby 5.

V prvním příkladném provedení je po celé výšce nádrže 1 moderátoru pouze jeden modul 4 reflektoru 3, tedy každý modul 4 vede po celé výšce. V řezu nádrže 1 moderátoru vertikální rovinou procházející středovou osou nádrže 1 moderátoru (středová osa reaktoru je totožná se středovou osou nádrže 1 moderátoru) jsou tedy vidět dva moduly 4 reflektoru 3, každý na jedné straně nádrže 1 moderátoru rozdělené středovou osou nádrže 1 moderátoru, jak lze vidět na obr. 2. Každý modul 4 reflektoru 3 ve vertikálním směru (který je zároveň směrem výšky reaktoru) má větší rozměr než nádrž 1 moderátoru. V prvním příkladném provedení každý modul 4 reflektoru 3 přesahuje palivový soubor, konkrétně uranové tyče v palivovém souboru, na obou koncích nádrže 1 moderátoru ve vertikální rovině o 10 cm, aby se co nejvíce neutronů odrazilo zpět do nádrže 1 moderátoru. Jedním koncem je zde myšlen nejvzdálenější bod ve vertikálním směru u dolního dna nádrže 1 moderátoru a u víka reaktoru uzavírající prostor nádrže 1 moderátoru. V prvním příkladném provedení je každý modul 4 reflektoru 3 delší než celá nádrž 1 moderátoru.

Nádrž 1 moderátoru obklopuje v horizontální rovině několik modulů 4 reflektoru 3, které lze vidět na obr. 1. Neutronový reflektor 3 má v horizontální rovině tvar mezikruží, které obklopuje nádrž 1 moderátoru. Neutronový reflektor 3 má tloušťku o velikosti 30 % tloušťky aktivní zóny, tedy 30 % průměru nádrže 1 moderátoru v horizontální rovině. Tato hodnota tloušťky byla v praxi zjištěna jako nejmenší dostatečná z hlediska správné funkce reflektoru 3. Tloušťka je rozměr neutronového reflektoru 3 v radiálním směru. Radiální směr je směr v horizontální rovině od středové osy reflektoru 3. V tomto směru leží spojnice 8 středu nádrže 1 moderátoru a vnějšího povrchu reflektoru 3, kterou lze vidět na obr. 3. Tloušťka neutronového reflektoru 3 je tedy rozdíl poloměrů vnější kružnice a vnitřní kružnice mezikruží. V prvním příkladném provedení je tloušťka neutronového reflektoru 3 po celé jeho délce (ve vertikálním směru) konstantní. Tloušťka nádrže 1 moderátoru je na většině jeho délky konstantní. Výjimkou jsou v prvním příkladném provedení okolí dna nádrže 1 moderátoru a víka (jeho vnitřní tvar uzavírající nádrž 1 moderátoru), jelikož mají obě vypouklý tvar (spodní část nádrže 1 moderátoru tak připomíná písmeno U, horní část

- 5 CZ 37747 U1 překlopené písmeno U okolo horizontální roviny) a tam v jednotlivých horizontální řezech dochází ke zmenšení tloušťky (průměru) nádrže 1 moderátoru.

Mezi stěnou nádrže 1 moderátoru a vnitřním povrchem neutronového reflektoru 3, který je v průřezu částí vnitřní kružnice mezikruží, je prostor 6 mezi nádrží 1 moderátoru a reflektorem 3 vyplněný vzduchem. Vzduchový prostor je dále také mezi neutronovým reflektorem 3 a stěnou stínicí nádoby 5, jak lze vidět na obr. 1 a obr. 2. Tyto prostory tak tvoří dostatečný manipulační prostor a zároveň pomáhají s chlazením reaktoru. Zároveň tyto vzduchové prostory neovlivňují prolétávající neutrony. Mezi jednotlivými sousedními moduly 4 reflektoru 3 se nachází vzduchové mezery 7 (tedy opět prostor vyplněný vzduchem), které lze vidět na obr. 1. Tyto vzduchové mezery 7 také napomáhají v ochlazování reaktoru, snižují spotřebu materiálu na jednotlivé moduly 4 reflektoru 3 a poskytují dostatečný manipulační prostor mezi jednotlivými moduly 4 reflektoru 3.

Tyto vzduchové mezery 7 jsou orientovány tak, aby nesměřovaly do radiálního směru (ke středové ose reaktoru v horizontální rovině), aby nedocházelo k průstřelům neutronů přímo ke stínicí nádobě 5, jelikož neutrony vylétávají z nádrže 1 moderátoru především v radiálním směru. Na rozhraní sousedních modulů 4 reflektoru 3 se tak oba tyto moduly 4 reflektoru 3 překrývají v radiálním směru. Spojnice 8 středu nádrže 1 moderátoru a vnějšího povrchu neutronového reflektoru 3 tak na tomto rozhraní protíná dva moduly 4 reflektoru 3, jak lze vidět na obr. 3. I když mezi jednotlivými moduly 4 reflektoru 3 jsou vzduchové mezery 7, jako vnější povrch celého neutronového reflektoru 3 je brána celá vnější spojitá kružnice mezikruží při pohledu shora, která definuje celkový tvar neutronového reflektoru 3. Díky orientaci vzduchových mezer 7 zde neutronový reflektor 3 plní svou funkci i u míst se vzduchovou mezerou 7. Obdobně vnitřní povrch celého neutronového reflektoru 3 je dán vnitřní kružnicí mezikruží, která je spojitá, i když je v určitých bodech vzduchová mezera 7.

Reaktor v prvním příkladném provedení zahrnuje několik absorpčních elementů, které jsou umístěné v modulech 4 reflektoru 3. Některé moduly 4 reflektoru 3 tedy zahrnují jeden absorpční element. Absorpční element je ze standardních absorpčních materiálů používaných pro regulační tyče, které absorbují neutrony a ovlivňují tak reaktivitu v reaktoru, v prvním příkladném provedení z kadmia. Absorpční element má v prvním příkladném provedení tvar desky o menších rozměrech při pohledu shora, než má modul 4 reflektoru 3, i ve vertikálním směru. V prvním příkladném provedení některé moduly 4 reflektoru 3 zahrnují otvor pro absorpční element. Tento otvor je vedený shora směrem dolů ve směru výšky (ve výkresech není zakreslen). Absorpční element tak lze do modulu 4 reflektoru 3 po odklopení víka reaktoru zasunout shora, obdobně j ako lze zasunout samotný modul 4 reflektoru 3. V radiálním směru je tento otvor pro absorpční element umístěný přibližně 20 cm od vnitřního povrchu modulu 4 reflektoru 3. Mezi absorpčním elementem a nádrží 1 moderátoru je tedy umístěný prostor 6 mezi nádrží 1 moderátoru a reflektorem 3 a část modulu 4 reflektoru 3.

Reaktor v prvním příkladném provedení zahrnuje ionizační komory, které jsou samy o sobě ze stavu techniky známé a jsou standardním vybavením jaderného reaktoru pro sledování odezvy reaktoru na reaktivitu. Ionizační komory jsou umístěné v různých modulech 4 reflektoru 3, aby se měřilo ionizující záření na různých místech reaktoru. Modul 4 reflektoru 3 tedy zahrnuje otvor pro ionizační komoru. Otvor je obdobně jako otvor pro absorpční element přístupný shora (není znázorněný ve výkresech), aby v případě potřeby bylo možné ionizační komoru z modulu 4 reflektoru 3 vyjmout, aniž by bylo potřeba vyjmout celý modul 4 reflektoru 3. Otvor pro ionizační komory (a i otvor pro absorpční element) odpovídá v průřezu horizontální rovinou tvaru ionizační komory.

Alternativní uskutečnění

Alternativy, týkající se jednotlivých znaků či součástí tohoto technického řešení, které jsou stručně uváděné níže, mohou být dle uvážení odborníka v oboru využity samostatně, ale mohou být

- 6 CZ 37747 U1 i vzájemně kombinovány. Není-li pro určité alternativní provedení uvedeno jinak, jsou ostatní znaky tohoto provedení realizovány jako ve výše popsaném provedení, které je zobrazené na výkresech.

Alternativně jeden rám může zahrnovat více modulů 4 reflektoru 3.

Alternativně je ve směru výšky umístěných více modulů 4 reflektoru 3. V řezu nádrže 1 moderátoru vertikální rovinou procházející středovou osou nádrže 1 moderátoru lze tedy vidět několik modulů 4 reflektoru 3 umístěných nad sebou.

Alternativně můžou být moduly 4 reflektoru 3 k sobě odnímatelně uchycené. Při usazení několika modulů 4 reflektoru 3 do jednoho rámu tak může být každý modul 4 reflektoru 3 odnímatelně uchycený k sousednímu modulu 4 reflektoru 3 (či více sousedním modulům 4 reflektoru 3). Například při usazení několika modulů 4 reflektoru 3 do jednoho rámu ve vertikálním směru (viz alternativa výše) můžou být tyto moduly 4 reflektoru 3 k sobě ve vertikálním směru uchycené. Každý modul 4 reflektoru 3 je výhodně odnímatelný z reaktoru, a i od ostatních modulů 4 reflektoru 3.

Alternativně může reaktor zahrnovat rám pouze s jedním ramenem pro modul 4 reflektoru 3, který je umístěný u dna stínicí nádoby 5, na který je uchycený více modulů 4 reflektoru 3. Moduly 4 reflektoru 3 zde můžou být odnímatelně uchycené k sousedním modulům 4 reflektoru 3 ve vertikálním směru i v horizontálním směru.

Prostor 6 mezi nádrží 1 moderátoru a reflektorem 3 může mít tloušťkou například do 20 cm.

Alternativně v prostoru 6 mezi nádrží 1 moderátoru a reflektorem 3 může být umístěný absorpční element. Absorpční element muže být odnímatelně uchycený k vnitřní stěně modulu 4 reflektoru 3 tak, že mezi vnitřní stěnou reflektoru 3 a nádrží 1 moderátoru je v radiálním směru umístěný neutronový reflektor 3.

Alternativně má prostor 6 mezi nádrží 1 moderátoru a reflektorem 3 tloušťku v řádu jednotek centimetrů, alternativně v řádu desítek centimetrů.

Absorpční element může být například z kadmia, bóru, hafnia atd.

Absorpční element může mít podobu válcovité tyče, obdélníkové desky apod.

Jeden modul 4 reflektoru 3 může mít v sobě umístěný absorpční element i ionizační komoru. Absorpční element je tak umístěný blíže ke středu nádrže 1 moderátoru v radiálním směru než ionizační komora pro správnou funkci absorpčního elementu.

Ionizační komory v různých modulech 4 reflektoru 3 lze umístit různě ve směru výšky, aby například jedna ionizační komora byla umístěná blízko dna nádrže 1 moderátoru, další okolo středu nádrže 1 moderátoru ve směru výšky atd.

Alternativně může být neutronový reflektor 3, respektive rám reflektoru 3, uchycený k víku reaktoru.

Alternativně může být neutronový reflektor 3 odnímatelně uchycený k nádrži 1 moderátoru. Alternativně může být neutronový reflektor 3 odnímatelně uchycený k podlaze zařízení, ve kterém může být celý reaktor umístěn (např. elektrárna, teplárna).

Alternativně modul 4 reflektoru 3 zahrnuje výstupky směřující k sousednímu modulu 4 reflektoru 3 tak, aby pouze tyto výstupky zapadly do drážek ve vertikálních ramenech rámu. Ramena tak mohou mít menší tloušťku, než je tloušťka modulu 4 reflektoru 3, a rám má tak nižší

- 7 CZ 37747 U1 hmotnost. Výhodně jsou obdobné výstupky i na ploše modulu 4 reflektoru 3, která směřuje a je v kontaktu s horizontálním ramenem rámu u dna stínicí nádoby 5.

Alternativně můžou absorpční elementy být spojené s řízením reaktoru (s mechanismem reaktoru 5 pro ovládání regulačních tyčí, který je datově spojen s řízením elektrárny či teplárny). Absorpční elementy je tak možné dle potřeby vysouvat či zasouvat do modulů 4 reflektoru 3, čímž lze regulovat neutrony v reaktoru.

Alternativně reaktor může být v provozu i v případě, kdy neutronový reflektor 3 pouze částečně 10 obklopuje nádrž 1 moderátoru, např. při opravě jednoho modulu 4 reflektoru 3 vyjmutého ze stínicí nádoby 5.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení lze využít v jaderné elektrárně, teplárně na jaderné palivo apod.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo, zahrnující nádrž (1) moderátoru, která zahrnuje alespoň jeden palivový kanál (2) pro jaderné palivo, který zahrnuje palivový soubor, vyznačující se tím, že dále zahrnuje neutronový reflektor (3), který zahrnuje alespoň dva moduly (4) reflektoru (3), přičemž každý modul (4) reflektoru (3) sousedí s alespoň jedním dalším modulem (4) reflektoru (3) a alespoň jeden modul (4) reflektoru (3) je odnímatelný, přičemž neutronový reflektor (3) při pohledu shora alespoň částečně obklopuje nádrž (1) moderátoru.
2. 2. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý modul (4) reflektoru (3) je pevného skupenství.
3. 3. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že neutronový reflektor (3) ve směru výšky nádrže (1) moderátoru na obou koncích přesahuje palivový soubor alespoň o 10 cm.
4. 4. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že dále zahrnuje alespoň jednu ionizační komoru pro sledování úrovně neutronového toku a odezvy reaktoru na reaktivitu, přičemž alespoň jedna ionizační komora je umístěná v reflektoru (3).
5. 5. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že dále zahrnuje alespoň jeden absorpční element pro pohlcování neutronů, přičemž alespoň jeden absorpční element je umístěný v reflektoru (3).
6. 6. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že každý modul (4) reflektoru (3) je uchycený k alespoň jednomu dalšímu modulu (4) reflektoru (3).
7. 7. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že každý modul (4) reflektoru (3) má tvar desky, při pohledu shora zakřivené, přičemž poloměr zakřivení je alespoň stejný nebo větší, než poloměr zakřivení nádrže (1) moderátoru.
8. 8. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že dále zahrnuje stínicí nádobu (5) reaktoru, která obklopuje neutronový reflektor (3).
9. 9. Reaktor s palivovým kanálem (2) pro jaderné palivo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že každá spojnice (8) středu nádrže (1) moderátoru a vnějšího povrchu neutronového reflektoru (3) v každém horizontálním řezu nádrže (1) moderátoru vždy protíná alespoň jeden modul (4) reflektoru (3).