RU163388U1

RU163388U1 - WATER-WATER NUCLEAR REACTOR OF THE POOL TYPE FOR PRODUCTION OF ISOTOPES

Info

Publication number: RU163388U1
Application number: RU2015149156/07U
Authority: RU
Inventors: Светлана Викторовна Осипович; Владимир Иванович Трушкин; Любовь Сергеевна Спиридонова
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-07-20

Abstract

1. Водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа для производства изотопов, содержащий бак, окруженный бетонным массивом и разделенный на две полости - бассейн реактора, в котором размещена активная зона, и бассейн хранилища, предназначенный для хранения отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств, отличающийся тем, что бассейн реактора расположен внутри бассейна хранилища.2. Водо-водяной ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что оси симметрии бассейнов совпадают.3. Водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа по п. 2, отличающийся тем, что бассейн реактора повторяет форму бассейна хранилища.4. Водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа по п. 3, отличающийся тем, что бассейны выполнены цилиндрической формы.1. Water-water nuclear reactor of the basin type for the production of isotopes, containing a tank surrounded by a concrete massif and divided into two cavities - a reactor pool in which the active zone is located, and a storage pool designed to store spent fuel assemblies and irradiation devices, characterized in that the reactor pool is located inside the storage basin. 2. Water-to-water nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the axis of symmetry of the basins coincide. 3. A basin-type water-to-water nuclear reactor according to claim 2, characterized in that the reactor pool repeats the shape of the storage basin. Water-water nuclear reactor of the basin type according to claim 3, characterized in that the pools are made of cylindrical shape.

Description

Полезная модель относится к области ядерной энергетики, а именно, к водо-водяным ядерным реакторам бассейнового типа для производства изотопов.The utility model relates to the field of nuclear energy, namely, to water-cooled nuclear reactor of basin type for the production of isotopes.

Наиболее близким по своей совокупности существенных признаков к описываемой полезной модели является водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа для производства изотопов, содержащий бак, окруженный бетонным массивом и разделенный на две полости - бассейн реактора, в котором размещены активная зона, и бассейн хранилища, предназначенный для хранения отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств (патент РФ №2497207, МПК G21C 1/14, опубл. 27.10.2013).The closest in its totality of essential features to the described utility model is a basin-water isotope-type nuclear reactor for the production of isotopes, containing a tank surrounded by a concrete massif and divided into two cavities - a reactor pool in which the active zone is located, and a storage pool designed for storage of spent fuel assemblies and irradiation devices (RF patent No. 2497207, IPC G21C 1/14, publ. 10.27.2013).

В известном ядерном реакторе металлический бак выполнен вытянутой призматической формы и разделен на бассейн реактора и бассейн хранилища вертикальной перегородкой, расположенной перпендикулярно большим сторонам бака в его средней части, при этом и бассейн реактора, и бассейн хранилища окружены бетонным массивом биологической защиты.In the well-known nuclear reactor, the metal tank is made of an elongated prismatic shape and is divided into a reactor pool and a storage pool by a vertical partition located perpendicular to the large sides of the tank in its middle part, while both the reactor pool and the storage pool are surrounded by a concrete biological protection array.

При возникновении аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией бассейна реактора, происходит утечка теплоносителя через бетонный массив вследствие наличия в нем неплотностей, что может привести к обезвоживанию активной зоны с дальнейшим расплавлением топливных элементов.In the event of emergencies associated with the depressurization of the reactor pool, the coolant leaks through the concrete mass due to leaks in it, which can lead to dehydration of the core with further melting of the fuel cells.

Охлаждение активной зоны осуществляется принудительной циркуляцией. При возникновении аварийных ситуаций, связанных с прекращением принудительной циркуляции теплоносителя через активную зону, отвод тепла из бассейна реактора осуществляется в бетонный массив, окружающий бассейн реактора и обладающий низким коэффициентом теплоемкости, что может привести к разогреву теплоносителя и возникновению кипения на твэлах с последующей потерей их герметичности.The cooling of the core is carried out by forced circulation. In the event of emergencies related to the termination of the forced circulation of the coolant through the active zone, heat is removed from the reactor pool to the concrete mass surrounding the reactor pool and having a low heat capacity coefficient, which can lead to heating of the coolant and the occurrence of boiling on fuel rods with the subsequent loss of their tightness .

Кроме того, небольшой водяной объем между активной зоной и биологической защитой приводит к большим энерговыделениям в бетонном массиве от нейтронного излучения. Поэтому, чтобы снизить тепловые нагрузки на него, в районе расположения активной зоны бетонный массив, прилегающий к бассейну реактора, имеет слой защиты из тяжелого бетона, охлаждаемой автономным контуром с циркулирующей водой, что обеспечивает снижение тепловыделения и температуры в основной толще бетона до приемлемых значений.In addition, a small water volume between the core and biological protection leads to large energy releases in the concrete array from neutron radiation. Therefore, in order to reduce the heat load on it, in the region where the core is located, the concrete mass adjacent to the reactor pool has a protective concrete layer made of heavy concrete cooled by an autonomous circuit with circulating water, which ensures the reduction of heat and temperature in the main thickness of the concrete to acceptable values.

Недостатком известного ядерного реактора является невысокий уровень безопасности при возникновении указанных выше аварийных ситуаций, наличие дополнительного слоя тяжелого бетона и оборудования для охлаждения бетонного массива в области расположения активной зоны, а также значительные массогабаритные характеристики реакторной установки, что приводит к увеличению металлоемкости конструкции реактора, большим габаритам реакторного здания и, как следствие, высокой стоимости установки.A disadvantage of the known nuclear reactor is the low level of safety in the event of the above emergencies, the presence of an additional layer of heavy concrete and equipment for cooling the concrete mass in the area of the core, as well as the significant weight and size characteristics of the reactor installation, which leads to an increase in the metal structure of the reactor structure, large dimensions reactor building and, as a consequence, the high cost of installation.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель является повышение уровня безопасности и надежности ядерного реактора для производства изотопов, а также снижение стоимости реакторной установки.The objective of which the present utility model is directed is to increase the level of safety and reliability of a nuclear reactor for the production of isotopes, as well as reduce the cost of the reactor installation.

Техническим результатом полезной модели является снижение вероятности обезвоживания активной зоны при разгерметизации бассейна реактора; перегрева теплоносителя, и, как следствие, кипения на твэлах при отсутствии циркуляции теплоносителя через активную зону; а также уменьшения металлоемкости конструкций бассейна хранилища и габаритных размеров здания при сохранении полезного объема бассейна хранилища.The technical result of the utility model is to reduce the likelihood of dehydration of the core during depressurization of the reactor pool; overheating of the coolant, and, as a result, boiling on the fuel rods in the absence of circulation of the coolant through the active zone; as well as reducing the metal consumption of the storage pool structures and the overall dimensions of the building while maintaining the useful volume of the storage pool.

Технический результат достигается за счет того, что в водо-водяном ядерном реакторе бассейнового типа для производства изотопов, содержащем бак, окруженный бетонным массивом и разделенный на две полости - бассейн реактора, в котором размещена активная зона, и бассейн хранилища, предназначенный для хранения отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств, согласно полезной модели, бассейн реактора расположен внутри бассейна хранилища.The technical result is achieved due to the fact that in the water-cooled nuclear reactor of the basin type for the production of isotopes containing a tank surrounded by a concrete massif and divided into two cavities - a reactor pool in which the active zone is located, and a storage pool designed to store spent fuel assemblies and irradiation devices, according to a utility model, the reactor pool is located inside the storage pool.

Кроме того, оси симметрии бассейнов совпадают.In addition, the axis of symmetry of the basins coincide.

Кроме того, бассейн реактора повторяет форму бассейна хранилища.In addition, the reactor pool follows the shape of the storage pool.

Кроме того, бассейны выполнены цилиндрической формы.In addition, the pools are cylindrical.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа для производства изотопов (продольный разрез Б-Б), на фиг. 2 изображен водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа для производства изотопов (поперечный разрез А-А).The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a basin-type water-water nuclear reactor for producing isotopes (longitudinal section BB), FIG. 2 shows a basin-type water-water nuclear reactor for the production of isotopes (cross section AA).

Водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа для производства изотопов содержит бак 1. С целью уменьшения габаритных размеров и снижения материалоемкости установки бак 1 может быть выполнен цилиндрической формы. Бак 1 заключен в массив биологической защиты 2 из бетона и разделен на верхнюю и нижнюю части горизонтальной опорной плитой 3. Нижняя часть представляет собой емкость 4, служащую для снижения активности теплоносителя за счет распада короткоживущих изотопов в теплоносителе. Верхняя часть бака разделена на две полости 5 и 6, которые расположены одна в другой таким образом, что оси симметрии обеих полостей совпадают. Внутренняя полость 5 представляет собой бассейн реактора, а полость 6, окружающая полость 5, является бассейном хранилища отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств. Бассейн реактора 5 повторяет форму бассейна хранилища 6 с целью обеспечения равномерного распределения водяного объема бассейна хранилища вокруг бассейна реактора, и как следствие, улучшения теплоотвода и уменьшения габаритных размеров реакторной установки.The water-water nuclear reactor of the basin type for the production of isotopes contains tank 1. In order to reduce the overall dimensions and reduce the material consumption of the installation, tank 1 can be made cylindrical. Tank 1 is enclosed in a concrete biological protection shield 2 and is divided into upper and lower parts by a horizontal base plate 3. The lower part is a container 4, which serves to reduce the coolant activity due to the decay of short-lived isotopes in the coolant. The upper part of the tank is divided into two cavities 5 and 6, which are located one in the other so that the axis of symmetry of both cavities coincide. The internal cavity 5 is a reactor pool, and the cavity 6 surrounding the cavity 5 is a storage pool of spent fuel assemblies and irradiation devices. The reactor pool 5 repeats the shape of the storage pool 6 in order to ensure uniform distribution of the water volume of the storage pool around the reactor pool, and as a result, improve heat dissipation and reduce the overall dimensions of the reactor installation.

Бассейн реактора 5 сообщен с трубопроводом подвода теплоносителя 7, проходящим через бассейн хранилища 6, а емкость 4 сообщена с трубопроводом отвода теплоносителя 8, проходящим также через бассейн хранилища 6. В бассейне реактора 5 размещена активная зона 9 с отражателем 10, по крайней мере, один вертикальный или горизонтальный экспериментальный канал 11, и временное хранилище 12 для аварийной выгрузки изделий активной зоны. Временное хранилище 12 используется в случае необходимости извлечения отработавших тепловыделяющих сборок на короткий промежуток времени.The reactor pool 5 is in communication with the coolant supply pipe 7 passing through the storage pool 6, and the tank 4 is connected with the coolant transfer pipe 8, also passing through the storage pool 6. In the reactor pool 5 there is an active zone 9 with a reflector 10, at least one vertical or horizontal experimental channel 11, and temporary storage 12 for emergency unloading of core products. Temporary storage 12 is used if it is necessary to extract spent fuel assemblies for a short period of time.

В бассейне хранилища 6 размещены средства для хранения 13 отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств.In the pool of storage 6 there are facilities for storing 13 spent fuel assemblies and irradiation devices.

В стенке бассейна реактора 5, выполняющей роль вертикальной перегородки между бассейном реактора 5 и бассейном хранилища 6, выполнена ниша, в которой размещен механизм для транспортировки ОТВС и облучательных устройств из бассейна реактора 5 в бассейн хранилища 6. В данном случае указанный механизм представлен известным из уровня техники перегрузочным барабаном 14, установленным на откатной плите с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и снабженный, по меньшей мере, тремя вертикальными ячейками.In the wall of the pool of the reactor 5, which acts as a vertical partition between the pool of the reactor 5 and the pool of the storage 6, a niche is made in which there is a mechanism for transporting SFAs and irradiation devices from the pool of the reactor 5 to the pool of the storage 6. In this case, the specified mechanism is known from the level of technology reloading drum 14 mounted on the sliding plate with the possibility of rotation around a vertical axis and equipped with at least three vertical cells.

В потолке ниши над ячейками перегрузочного барабана 13 имеется загрузочное отверстие, через которое облученные изделия устанавливаются в ячейку барабана 13 перегрузочным механизмом и через которое происходит сообщение бассейна реактора и бассейна хранилища.In the ceiling of the niche above the cells of the reloading drum 13 there is a loading hole through which the irradiated products are installed in the cell of the drum 13 by the reloading mechanism and through which the reactor pool and the storage pool communicate.

Предлагаемый исследовательский водо-водяной ядерный реактор бассейнового типа работает следующим образом.The proposed research water-water nuclear reactor of the basin type operates as follows.

При работе реактора на мощности охлаждение активной зоны реактора осуществляется принудительной циркуляцией воды бассейна реактора, причем вода проходит через активную зону 9 в направлении сверху вниз. Теплоноситель первого контура подается в бассейн реактора 5 по подводящему трубопроводу 7. Далее теплоноситель проходит через активную зону 9 в емкость 4, откуда выходит за пределы бака по отводящему трубопроводу 8.When the reactor is operating at power, the reactor core is cooled by forced circulation of the reactor pool water, and water passes through the core 9 in a downward direction. The primary coolant is supplied to the reactor pool 5 through the inlet pipe 7. Next, the coolant passes through the active zone 9 into the tank 4, from where it goes outside the tank through the outlet pipe 8.

Циркуляционный контур, включающий циркуляционные насосы, теплообменник и арматуру, расположены в отдельном помещении, примыкающем к бетонному массиву биологической защиты (элементы контура охлаждения за границами защиты не показаны на чертеже).The circulation circuit, including circulation pumps, a heat exchanger and valves, is located in a separate room adjacent to the concrete array of biological protection (elements of the cooling circuit outside the protection are not shown in the drawing).

Бассейн хранилища 6, расположенный вокруг бассейна реактора, выполняет не только свою основную функцию хранения отработавших тепловыделяющих сборок и облучательных устройств, но и выполняет дополнительные защитные функции.The storage pool 6, located around the reactor pool, performs not only its main function of storing spent fuel assemblies and irradiation devices, but also performs additional protective functions.

В случае аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией бассейна реактора 5, например, при повреждении его стенки, потери теплоносителя не происходит, так как бассейн реактора 5 вместе с окружающим его бассейном хранилища 6 образуют систему сообщающихся сосудов.In case of emergencies associated with the depressurization of the reactor pool 5, for example, if its wall is damaged, the coolant does not lose, since the reactor pool 5 together with the storage pool 6 surrounding it form a system of communicating vessels.

В случае аварийных ситуаций, связанных с прекращением циркуляции теплоносителя через активную зону, тепло от теплоносителя бассейна реактора 5 через стенку бассейна реактора 5 отводится в воду бассейна хранилища 6, обладающую значительно большим коэффициентом теплоемкости, чем бетон биологической защиты. Таким образом, время, необходимое для закипания теплоносителя, значительно увеличивается, так как бассейн хранилища 6, окружающий бассейн реактора 5, выполняет роль емкости, аккумулирующей тепло.In case of emergencies associated with the termination of the circulation of the coolant through the active zone, heat from the coolant of the reactor pool 5 through the pool wall of the reactor 5 is removed to the water of the storage pool 6, which has a much higher heat capacity than biological protection concrete. Thus, the time required for boiling of the coolant increases significantly, since the pool of the storage 6 surrounding the pool of the reactor 5 acts as a heat storage tank.

Наличие водяного объема бассейна хранилища 6 также позволяет снизить тепловую нагрузку от нейтронного излучения на бетонный массив биологической защиты на всех режимах работы реактора, так как он выполняет роль дополнительного слоя радиационной защиты, в результате чего можно отказаться от контура охлаждения бетона и дополнительных слоев тяжелого бетона.The presence of the water volume of the storage pool 6 also allows to reduce the thermal load from neutron radiation on the concrete biological protection array at all operating modes of the reactor, since it acts as an additional layer of radiation protection, as a result of which the cooling circuit of concrete and additional layers of heavy concrete can be abandoned.

Размещение бассейнов реактора с совмещением осей и выполнение их одинаковой формы обеспечивает равномерное распределения водяного объема бассейна хранилища вокруг бассейна реактора, и как следствие, улучшения теплоотвода и уменьшения габаритных размеров реакторной установки.The placement of the reactor pools with the alignment of the axes and the implementation of the same shape ensures uniform distribution of the water volume of the storage pool around the reactor pool, and as a result, improve heat dissipation and reduce the overall dimensions of the reactor installation.

Кроме того, концентрично расположенные бассейны реактора и хранилища делают реактор компактным, что в свою очередь позволяет сократить время транспортно-технологических операций по перегрузке изделий активной зоны.In addition, concentrically located reactor and storage basins make the reactor compact, which in turn reduces the time of transport and technological operations for the transshipment of core products.

Claims

1. Water-water nuclear reactor of the basin type for the production of isotopes, containing a tank surrounded by a concrete massif and divided into two cavities - a reactor pool in which the active zone is located, and a storage pool designed to store spent fuel assemblies and irradiation devices, characterized in that the reactor pool is located inside the storage pool.

2. A water-to-water nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the axis of symmetry of the pools coincide.

3. Water-water nuclear reactor of the basin type according to claim 2, characterized in that the reactor pool repeats the shape of the storage pool.

4. Water-water nuclear reactor of the basin type according to claim 3, characterized in that the pools are made of cylindrical shape.