Wynalazek dotyczy zespolu bloków tworza¬ cych ustrój pryzmatyczny a w szczególnosci dotyczy bloków, stanowiacych staly spowalniacz reaktora jadrowego o pionowych kanalach.Wynalazek ma na celu przede wszystkim ulepszenie takich zespolów przez uproszczenie ich konstrukcji oraz nadanie im wiekszej trwa¬ losci i rentownosci.Wynalazek polega glównie na skonstruowa¬ niu zespolu ze slupów pionowych, rozmieszczo¬ nych obok siebie z pozostawieniem odstepów, przy czym kazdy z tych slupów sklada' sie ze stosu wymienionych wyzej bloków, rozmieszczo¬ nych w poziomych warstwach nalozonych na siebie, przy czym kazda warstwa jest równiez utworzona z szeregu bloków, umieszczonych *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca¬ mi wynalazku sa Roland Lonis Roche i Roger Martin. obok siebie równolegle i nie stykajacych sie ze soba, i to w ten sposób, ze kierunek ogólny blo¬ ków kazdej warstwy tworzy z blokami warstw przyleglych kat najlepiej prosty (uklad warstw skrzyzowanych), przy czym miedzy kazdym blo¬ kiem i podtrzymujaca go warstwa jest zastoso¬ wany rodzaj polaczenia o charakterze izosta¬ tycznym.W reaktorach jadrowych o kanalach piono¬ wych i spowalniaczu stalym czesc czynna, w gle¬ bi której odbywaja sie reakcje lancuchowe, sklada sie ze spowalniacza duzych rozmiarów przewierconego licznymi kanalami pionowymi, w których krazy czynnik chlodzacy i w których sa umieszczone elementy materialu rozszczepial¬ nego.Spowalniacz sklada sie z zestawu bloków wy¬ dluzonych poziomo, posiadajacych ksztalt zbli¬ zony do prostopadloscianu o przekroju prostym, praktycznie biorac kwadratowym i o dlugosciznacznie wiekszej od szerokosci (np. trzy do osmiokrotnie wiekszej), Bsoki te sa uksztalto¬ wane frzez ciagniecie. rv Jatózestaw stanowi, praktycznie biorac, jedna kic^ll-iikcje nosna srodka stosu i z tego wzgle¬ du powinien posiadac nastepujace wlasciwosci mechaniczne i geometryczne jak statecznosc i wytrzymalosc mechaniczna, ciaglosc powierz¬ chni wewnetrznej kanalów, w których krazy ciecz chlodzaca i w których znajduja sie ele¬ menty materialu rozszczepialnego, aby umozli¬ wic niezawodne chlodzenie tych elementów, jak równiez dogodne ladowanie i rozladowanie (w szczególnosci nie powinno byc ani luzów, ani odprysków, które spowodowalyby zwezanie przekroju lub zatkania), oraz ciaglosc powierz¬ chni wewnetrznej innych wydrazen, pozosta¬ wionych w zestawie i sluzacych do umieszcze¬ nia przyrzadów regulacji, kontroli, bezpieczen¬ stwa itd., potrzebnych przy pracy stosu. Budo¬ wa zestawu winna umozliwic konserwacje tak by te rózne cechy byly zachowane przez czas dostatecznie dlugi, aby umozliwic amortyzacje konstrukcji.W szczególnym przypadku stosów spowalnia¬ nych za pomoca grafitu przydatnosc takiego materialu do spelnienia wymienionych warun¬ ków jest znacznie obnizona przez nastepujace nizej podane fakty, wynikajace z wlasciwosci grafitu i dzialania stosu.Grafit uformowany przez ciagnienie jest ma¬ terialem anizotropowym, którego os glówna jest osia ciagnienia (kierunek podluzny), W szczegól¬ nosci jego wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej jest na ogól znacznie nizszy w tym kierunku glównym, niz w kierunku do niego prostopadlym.W czesci czynnej stosu podczas jego dziala¬ nia wywiazuje sie znaczna ilosc ciepla, wskutek czego temperatura robocza grafitu jest znacznie wyzsza od temperatury otoczenia. Z chwila za¬ trzymania stosu grafit ochladza sie do tempe¬ ratury otoczenia, wobec czego zestaw podlega kolejno dzialaniu goraca i zimna odpowiednio do okresów pracy i okresów postoju, w czasie którego wymiary pretów grafitowych zmienia¬ ja sie w sposób pseudoperiodyczny.W stosie pracujacym grafit, znajdujacy sie w srodku stosu, jest poddany dzialaniu wszel¬ kich promieni jadrowych. Czesc tego promie¬ niowania, a zwlaszcza neutrony szybkie, powo¬ duja rozszerzanie sie dodatnie lub ujemne (kur¬ czenie sie) grafitu i to w stopniu znacznie wiekszym anizeli rozszerzanie sie wywolane wplywem temperatury, poniewaz moze wyno¬ sic kilka procent. Takie odksztalcenia, znane pod nazwa efektu Wignera, sa równiez anizotropowe i w blokach wykonanych przez ciagnienie sta¬ nowia rozszerzenia poprzeczne i skurczenia po¬ dluzne. Odksztalcenia sa w kazdym punkcie zestawu inne i na ogól wieksze w srodku niz na obwodzie.W stosach atomowych o kanalach pionowych, znanych dotychczas, stosuje sie na ogól zestaw zwarty o wygladzie monolitycznym i stanowia¬ cy sam w sobie zespól masy grafitowej niezbed¬ nej do pracy stosu. Bloki stanowiace taki zestaw sa umieszczone poziomo w warstwach nalozo¬ nych na siebie, które moga byc rozmieszczone na dwa rózne sposoby jako warstwy skrzyzo¬ wane lub równolegle.W ukladzie warstw skrzyzowanych kazda war¬ stwa jest prostopadla do dwóch warstw sasied¬ nich. Takie rozwiazanie daje oczywiscie dobra statecznosc, ale ma te wade, ze przyczynia sie do znacznych rozszeren róznicowych na skutek anizotropowosci grafitu, tak iz zachodzi obawa powstania luzów, które odksztalcaja kanaly i po¬ woduja ich wzajemne laczenie sie, wskutek cze¬ go staje sie niemozliwa wszelka regulacja prze¬ plywu cieczy chlodzacej.Poza tym rozszerzenia róznicowe, wynikajace z anizotropowosci materialu lub zmiany rozsze¬ rzalnosci pomiedzy jednym punktem a drugim, przyczyniaja sie do pelzania bloków jeden po drugim, co powieksza istniejace luzy, odksztal¬ ca kanaly iw koncu powoduje zburzenie bu¬ dowli grafitowej. Trzeba wiec jeszcze wpro¬ wadzac urzadzenie zapobiegajace pelzaniu, a mianowicie urzadzenia te naleza badz do ro¬ dzaju urzadzen opartych na zasadzie „inter¬ wencji sil zewnetrznych" (o czym bedzie mo¬ wa nizej w zwiazku z drugim ukladem warstw), badz do rodzaju urzadzen, znanego pod nazwa „przymusowe zlaczenie bloków", gdzie narzady polaczeniowe, podobne do uzywanych w mecha¬ nice, np. czopy lub kliny, lacza bloki w jeden zwarty zespól. W praktyce wykonanie takiego zespolu jest bardzo trudne, poniewaz jednoczes¬ nie wymaga sie, azeby wszystkie bloki byly cal¬ kowicie zwiazane, a odksztalcenia wywolane przez wiazania nie stwarzaly znacznych napre¬ zen w materiale.W ukladzie warstw równoleglych wszystkie bloki, niezaleznie od warstwy, do której naleza, sa do siebie równolegle. Chociaz w ten sposób usuwa sie trudnosci, wynikajace z anizotropo¬ wosci grafitu, za to otrzymuje sie zestaw, który nie jest w sposób naturalny stateczny a zakli¬ nowanie takiego zestawu jest prawie niemozli¬ we. Wobec tego dla zapobiezenia pelzaniu blo- - 3ków i zapadnieciu sie. budowli potrzeba przy¬ lozyc do zestawu sily zewnetrzne. Sily te, które moga byc wywierane przez sprezyny, powinny miec charakterystyki zblizone do parcia hydro¬ statycznego, tzn. powinny byc w przyblizeniu równe w trzech kierunkach, odpowiadajacych wymiarom przestrzennym. Dzialanie takiego me¬ chanizmu, na ogól bardzo skomplikowanego, nie byloby niezawodne jezeli wezmie sie pod uwage znaczne wspólczynniki tarcia, jakie moga za¬ chodzic pomiedzy .dwoma blokami grafitowymi, poniewaz tarcie mogloby przeciwstawic sie wy¬ wieranym silom i uniemozliwic jakiekolwiek skuteczne dzialanie.Aby zapobiec tym wadom staly spowalniacz reaktora jadrowego o kanalach pionowych roz¬ klada sie wedlug wynalazku na pewna liczbe slupów umieszczonych obok siebie i oddzielo¬ nych Od siebie przez male szczeliny, przy czym w kazdym slupie bloki spowalniacza sa ulozone w warstwach, a kazda z tych warstw jest zlo¬ zona z bloków nieprzylegajacyeh do siebie scisle, przy cz^m stosuje sie rodzaj polaczenia o cha¬ rakterze izostatycznym pomiedzy kazdym blo¬ kiem i warstwa, która podtrzymuje go bezpo¬ srednio.Jako rodzaj polaczenia o charakterze izosta¬ tycznym nalezy tu rozumiec znany z wytrzy¬ malosci materialów rodzaj polaczenia, który pozwala jednoczesnie scisle kontrolowac poloze¬ nie elementu zwiazanego i uniknac wszelkiego zwiazania nadmiernego, jakie moglyby spowo¬ dowac niepozadane naprezenia i odksztalcenia obnizajace wytrzymalosc calosci. Zespól jest wiec utrzymywany prawidlowo na miejscu, przy czym nie powstaja w nim naprezenia wywolane w szczególnosci efektem Wignera lub efektem termicznym. ? Taki rodzaj wiazania mozna otrzymac na róz¬ ne sposoby, ale najlepiej go osiagnac przez zespolenie polaczenia wahliwego z polaczeniem poslizgowym, jak to bedzie wyjasnione nizej.W ten sposób w kazdym bloku, który rozciaga sie jako jedna calosc od jednego konca slupa do drugiego i nigdzie nie jest utworzony przez kolejne" ulozenie wielu kawalków jeden na prze¬ dluzeniu drugiego, pierwszy punkt tego bloku, polozony na przyklad w jego srodku lub w in¬ nym miejscu, jest unieruchomiony wzgledem jednego z bloków warstwy dolnej, co pozwala na wzgledny obrót takich bloków. Takie pola¬ czenie moze byc wykonane dowolnym znanym sposobem, np. za pomoca czesci cylindrycznej obrotowej pelnej, jak np. czop, lub wydrazonej, jak np. tuleja, która to czesc moze byc wpusz¬ czona jednoczesnie do dwóch gniazd, wykona¬ nych odpowiednio w kazdym z dwóch bloków.Drugi punkt podpartego bloku, umieszczony na jego drugim koncu, jest ograniczony do posuwu na odcinku prostej poprowadzonej na jednym z bloków warstwy dolnej tak, aby uniemozliwic wszelki ruch obrotowy, który byl dozwolony w wiazaniu poprzednim, przez co w zadnym razie nie wprowadza sie wiazania nadmiernego.Takie wiazanie moze byc wykonane np. za po¬ moca narzadu podobnego do klina suwakowego.Bloki warstwy dolnej kazdego slupa sa pola¬ czone w ten sam sposób z plyta mocna i nieod- ksztalcalna, która podtrzymuje slup.Nowy uklad zestawu spowalniacza wedlug wynalazku, dzieki zestawieniu slupów ustawio¬ nych obok siebie, pomiedzy którymi sa pozosta¬ wione luzy, pozwala na zestawienie tego spo¬ walniacza na podstawie nieco odksztalcaniej, pod warunkiem, ze plyty podtrzymujace kazdy slup sa sztywne. Poza tym taki podzial zestawu na slupy pozwala uniknac efektu kumulowania odksztalcen w plaszczyznie poziomej.Statecznosc kazdego slupa jest zapewniona dzieki sprzyjajacemu jej ukladowi warstw skrzyzowanych i dzieki sposobowi pelnego wia¬ zania kazdego bloku, nie pozwalajacego na zadne przesuniecie ani pelzanie wzgledem sa¬ siednich bloków i to bez uzycia mechanizmów zewnetrznych.Takie umocowanie bloków pozwala na za¬ pewnienie ciaglosci kanalów pionowych bez obawy powstawania dostrzegalnych nieszczel¬ nosci pomiedzy róznymi czesciami skladowy¬ mi scianek wewnetrznych. Taka ciaglosc scia¬ nek ulatwia manipulowanie paliwem w kana¬ lach i usuwa wszelkie ryzyko strat miedzy ka¬ nalami, gdyz kazdy blok scisle przylega do blo¬ ków sasiednich, polozonych bezposrednio wy¬ zej i nizej.Luz pozostawiony w kierunku poziomym po¬ miedzy pretami równoleglymi tej samej war¬ stwy pozwala na powstawanie normalnych roz¬ szerzen róznicowych bez szkodliwych skutków, podczas gdy rozszerzania przypadkowe (np. rozszerzania sie na skutek niejednorodnosci bloku), odksztalcajace bloki, sa odbierane przez umocowanie.Rozszerzania zmienne od jednego punktu do drugiego w zestawionej calosci nie odksztalca¬ ja w sposób dostrzegalny przekrojów slupów, a w kierunku osi tych slupów powoduja tylko _ j —wydluzenie i wykrzywienie dopuszczalne ze wzgledu na statecznosc bez koniecznosci stoso¬ wania jakichkolwiek wiazan miedzy dwoma sasiednimi slupami. Poza tym, wobec tego ze obserwuje sie na ogól skurczenie w kierunku podluznym (efekt Wignera) przekrój prosty slu¬ pów zmniejsza sie, co usuwa obawe nadmierne¬ go docisku slupów do siebie.Nowa metoda zestawienia nadaje sie w szcze¬ gólnosci do zestawów spowalniaczy duzych sto¬ sów grafitowych, lecz moze byc równiez uzyta do zestawu spowalniacza jakiegokolwiek stosu (lub reaktora), spowalnianego za pomoca do¬ wolnego innego stalego materialu,. jak np. za pomoca glucyny.Sposób wedlug wynalazku moze równiez na¬ dawac sie do zestawienia reflektora do stosów wszelkiego rodzaju (nawet do stosów z woda ciezka, z woda naturalna itd.).W zakresie jeszcze bardziej ogólnym wyna¬ lazek nadaje sie do racjonalnego zestawienia bloków z materialów podlegajacych rozszerze¬ niom anizotropowym i niejednorodnym.Na rysunku (fig. 1—13) przedstawiono sche¬ matycznie przyklad wykonania wedlug wyna¬ lazku zestawu spowalniacza w stosach atomo¬ wych o stalym spowalniaczu. Opisane przykla¬ dy wykonania nie wyczerpuja wynalazku, gdyz wszelkie ich równowazne odmiany moga byc zastosowane bez wykroczenia poza ramy wy¬ nalazku.Fig. 1 przedstawia przekrój pionowy wzdluz linii J —I na fig. 2 czesci czynnej stosu atomo¬ wego o kanalach pionowych, spowalnianych za pomoca grafitu, przy czym spowalniacz jest zestawiony wedlug wynalazku, fig. 2 zas przed¬ stawia przekrój poziomy tego samego stosu wzdluz linii II — II na fig. 1. Fig. 3 przedstawia widok z przodu jednego ze slupów grafitowych stosu atomowego wedlug fig. 1, a fig. 4 — ten sam slup w przekroju pionowym wzdluz linii IV — IV na fig. 3. Fig. 5 i 6 przedstawiaja ten sam slup w przekroju poziomym wedlug linii V — V oraz VI — VI na fig. 3. Fig. 7 przedsta¬ wia w zwiekszonej skali szczegól z fig. 4, fig. 3 — szczegól w przekroju wzdluz linii VIII — VIII na fig. 6, fig. 9 — widok warstwy z góry i fig. 10 — widok tej samej warstwy z boku, przy czym obie te figury uwidaczniaja odksztalcenia warstw bloków w tej strefie, gdzie rozszerze¬ nia sa rozlozone w sposób w zasadzie jedno¬ rodny. Fig. 11 przedstawia odksztalcenie war¬ stwy bloków w strefie gdzie rozszerzania nie sa rozlozone w sposób jednorodny. Wreszcie fig. 12 i 13 przedstawiaja odksztalcenie calego slupa, a mianowicie fig. 12 uwidacznia odksztal¬ cenia przekrojów prostych i zmiane ich wyso¬ kosci, a fig. 13 uwidacznia odksztalcenia osi slupa. W rzeczywistosci obydwa te odksztalce¬ nia powstaja jednoczesnie.Na fig. 9—13 umyslnie uwydatniono przesadnie wielkosc odksztalcen, aby je lepiej uwidocznic na rysunku.Na fig. 1 uwidoczniono podstawe stalowa 1, która podtrzymuje pewna liczbe plyt zeliwnych 2, sztywno polaczonych z podstawa, przy czym kazda z nich podtrzymuje slup grafitowy 3.Wiekszosc tych slupów ma przekrój kwadrato¬ wy, chociaz niektóre z nich umieszczone na ob¬ wodzie zespolu, jak np. slup 4 (fig. 2) posiadaja ksztalt bardziej zlozony, jaki jest wymagany azeby calosc zestawu miala ksztalt walca obrp- towego o osi pionowej. Kazdy slup zawiera pewna liczbe pionowych kanalów cylindrycz¬ nych 5, otwartych na obu koncach masy czyn¬ nej i przedluzonych przez otwór w plycie zeliw¬ nej. Kanaly te zawieraja material rozszczepial^ ny i sluza do przepuszczania cieczy chlodzacej.Kazdy slup grafitowy sklada sie z nalozonych na siebie warstw 6 i 7 (fig. 3), z których kazda w niniejszym przykladzie sklada sie z pieciu bloków lub pretów grafitowych równoleglych i nieznacznie oddalonych od siebie, przy czym szczelina miedzy nimi jest rzedu 2—5 mm. Prety te sa umieszczone w warstwach skrzyzowanych, tzn. ze prety kazdej warstwy sa prostopadle do pretów sasiedniej warstwy dolnej. Na fig. 4 np. prety 8, 9, 10, 11 i 12 warstwy 6 sa prostopadle do pretów 13, 14, 15, 16 i 17 warstwy 7 (fig. 3).Szczeliny miedzy slupami sa rzedu 5—10 mm.Wysokosc slupów wynosi okolo 10 mm. Prety maja przekrój 195—200 mm oraz dlugosc 1 m.Dowolny pret 10 przedstawiony linia przery¬ wana na fig. 6 jest polaczony z pretem srodko¬ wym 15 warstwy dolnej 7 zlaczka tulejkowa 18 (fig. 6), umieszczona na csi srodkowego kana¬ lu 19 (fig. 4 i 6) i klinem suwakowym 20 na skrajnym precie 13 warstwy dolnej 7.Fig. 7 przedstawia szczegól polaczenia preta 10 z pretem srodkowym 15 warstwy dolnej 7 za po¬ moca tulei 18. Fig. 8 przedstawia klin suwako¬ wy 20, który prowadzi koniec preta grafitowe¬ go 10 po precie 13 warstwy dolnej.W opisanym przykladzie wykonania tuleja 18 i klin 20 sa wykonane z grafitu. W kazdym razie na tuleje i kliny mozna uzywac równiez innych materialów przepuszczajacych neutrony, jak np. berylu, cyrkonu lub glucyny. — 4 -Umocowanie na podstawie zeliwnej 2 (fig. 3 i 4) jest podobne, a jedyna róznica polega na uzyciu odmiennego materialu tulei i klina, któ¬ re moga byc wykonane ze stali, poniewaz ze wzgledu na swe polozenie czesci te nie musza przepuszczac neutronów.W czasie dzialania stosu calosc zestawiona, stanowiaca spowalniacz wedlug wynalazku, po¬ dlega odksztalceniom, gdy odbywa sie w niej lancuchowa reakcja jadrowa. Reakcja ta wy¬ woluje rozszerzenia anizotropowe inne w kazdym punkcie, a mianowicie najwieksze w srodku ze¬ stawu i zerowe na brzegach.W tych strefach gdzie rozszerzenia w zesta¬ wionej calosci stosu sa rozlozone w sposób za¬ sadniczo jednorodny (fig. 9 i 10) anizotropowosc grafitu powoduje zmniejszenie luzów miedzy pretami, gdyz rozszerzaja sie one prostopadle do swej osi, a kurcza sie równolegle do niej (efekt Wignera). Wymiary warstwy pretów zmniejszaja sie, gdyz sa one wyznaczone przez dlugosc pretów. Fig. 9 i 10 uwidoczniaja zacho¬ wanie sie pretów 21, 22, 23, 24 i 25, przedstawio¬ nych liniami ciaglymi przed odksztalceniem i liniami przerywanymi po odksztalceniu.W strefach stosu gdzie rozszerzenia nie sa rozlozone w sposób jednorodny i strumien neu¬ tronów, a wiec i efekt Wignera wzrasta np. od strony prawej ku lewej, prety warstwy dolnej 26 (fig. 11) podlegaja w kierunku podluznym rosnacemu skurczeniu od strony prawej ku le¬ wej, co powoduje ich wygiecie, i na odwrót, w kierunku poprzecznym prety warstwy górnej 27 podlegaja rozszerzaniu zwiekszajacemu, które odksztalca je trapezowo, a w wyniku tych obu odksztalcen otrzymuje sie ksztalt przedstawiony wyraznie na fig. 11. Fig. 12 i 13 daja obraz cal¬ kowitego odksztalcenia slupa.W tych' strefach, gdzie rozszerzenia sa w za¬ sadzie stale w plaszczyznie prostopadlej do osi slupów otrzymuje sie wydluzenie slupa oraz lekkie odksztalcenie o postaci hyperbolicznej na skutek podluznego skurczu pretów. Oznaczenie 29 na fig. 12 wskazuje na ksztalt slupa 28 po odksztalceniu.W tych strefach, gdzie rozszerzenia nie sa sta¬ le nastepuje w plaszczyznie prostopadlej do osi slupów wygiecie osi, uwidocznione na fig. 13, wynikajace ze znaczniejszego rozszerzenia z le¬ wej strony niz z prawej, przy czym to odksztal¬ cenie naklada sie na poprzednie.Efekt Wignera wzrastajacy od strony prawej ku lewej odksztalca slup pierwotny 30, który przechodzi w polozenie 31 (fig. 13). Przez wiekszy przeciag czasu obydwa poprzednie odksztalce¬ nia, uwidocznione na fig. 12 i 13, wystepuja jed¬ noczesnie i nakladaja sie na siebie.Odksztalcenia wymienione poprzednio wzra¬ staja w czasie dzialania stosu, a wiec czas ich trwania jest ograniczony do czasu, w ciagu któ¬ rego wystapi zanik luzów miedzy blokami lub pretami oraz wygiecie slupa zagrazajace statecz¬ nosci.Czas trwania okreslony w ten sposób jest zawsze dosc znaczny, by pozwolil na wystarcza¬ jaca amortyzacje konstrukcji. W kazdym razie ten czas trwania jest znacznie dluzszy od czasu trwania jaki mozna przypisac róznym typom zestawów znanych dotychczas. PL