RU2019875C1

RU2019875C1 - Device for compensation of nuclear reactor reactivity and method of flattening of volumetric energy distribution and of fuel burn-up

Info

Publication number: RU2019875C1
Application number: SU904870421A
Authority: RU
Inventors: Т.А. Лоповок; Е.Д. Аликин; В.Т. Лоповок
Original assignee: Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: nuclear energy. SUBSTANCE: device for compensation of nuclear reactor reactivity is composed of two independently moved compensation elements: central compensating lattice which vertical axis matches axis of active section and outer compensating lattice. Both lattices include separate neutron-absorbing elements located between fuel elements. Outer compensating lattice is placed coaxially to central compensating lattice, it is made up of two steps with different compensating capability: lower step is low absorbing and upper step is high-absorbing. Outer diameter of upper step is equal to that of active section, lower step has diameter smaller than that of active section. Method of flattening of fuel-up over space of active section consists in the following: for hot and poisoned reactor at start of operating period with fresh fuel lower limit of outer compensating lattice coincides with lower limit of active section and for condition of sub-critical, cold and clean reactor with fresh fuel lower limit of outer compensating lattice is located beneath limit of active section and lower limit of upper step in this case is at such depth in active section that thermal effects of moderator and fuel are compensated as well as steady-state poisoning and initial sub-criticality is created. Central compensating lattice at start of operating period and in process of fuel burn-up is at lower limit of active section. Height of central compensating lattice is less than that of active section which keeps part of active section above it without absorbers limited by its upper step when outer lattice is lowered. EFFECT: improved efficiency and authenticity of compensation. 7 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике, а именно, к компенсации начальной избыточной реактивности и выравниванию выгорания по объему активной зоны реактора. The invention relates to nuclear technology, namely, to compensate for the initial excess reactivity and equalization of burnup by the volume of the reactor core.

Известно устройство для компенсации реактивности. Компенсация реактивности осуществляется двухступенчатыми стержнями аварийного назначения, состоящими из урана в нижней их части и поглотителя тепловых нейтронов в верхней части. Эти стержни при аварийной ситуации сбрасываются из активной зоны тем, что поглощающая их часть опускается в часть активной зоны (по высоте), а нижняя (из урана) выводится из активной зоны[1]. A device for reactivity compensation is known. Reactivity compensation is carried out by two-stage emergency rods consisting of uranium in their lower part and a thermal neutron absorber in the upper part. In an emergency, these rods are discharged from the core by the fact that the absorbing part is lowered into the core (in height), and the bottom (from uranium) is removed from the core [1].

Недостатком этого устройства является то, что этим способом осуществляется только малая часть общего начального запаса реактивности реактора. Для компенсации же основного запаса реактивности на выгорание топлива, предназначенного для длительной кампании реактора, это устройство и способ не могут быть использованы. The disadvantage of this device is that in this way only a small part of the total initial reactivity margin of the reactor is carried out. To compensate for the main margin of fuel burnup reactivity intended for a long reactor campaign, this device and method cannot be used.

Известно также устройство для компенсации реактивности теплового уран-графитового реактора. Компенсация начальной реактивности в этом устройстве осуществляется вводом в реактор многочисленных поглощающих нейтроны элементов, перемещаемых по мере выгорания реактора, основная часть которых извлекается вверх полностью, а меньшая часть в высоту, равную 0,5 высоты активной зоны, вниз. Основная часть этих элементов, извлекаемая вверх, имеет высоту, равную высоте активной зоны и размещена равномерно по всей активной зоне [2]. A device is also known for compensating the reactivity of a thermal uranium-graphite reactor. Compensation of the initial reactivity in this device is carried out by introducing into the reactor numerous neutron-absorbing elements that are moved as the reactor burns out, the main part of which is fully removed upward, and the smaller part, in height equal to 0.5 of the core height, down. The main part of these elements, taken up, has a height equal to the height of the active zone and is evenly distributed throughout the active zone [2].

Недостатком такого решения является сложность устройства и управления, определяемая большим количеством приводов и их каналов. Кроме того, компенсация температурного эффекта, стационарного отравления и подкритичности при подъеме стержней создает сразу значительную высотную неравномерность поля. The disadvantage of this solution is the complexity of the device and control, determined by the large number of drives and their channels. In addition, the compensation of the temperature effect, stationary poisoning and subcriticality when lifting the rods immediately creates a significant altitudinal field unevenness.

Задачей изобретения является упрощение устройства компенсации реактивности при одновременном увеличении относительной глубины выгорания (т.е. увеличение кампании при заданном расходе урана). При этом достигается технический результат, заключающийся в выравнивании выгорания топлива по объему активной зоны реактора, а также в исключении применения выгорающих поглотителей. Кроме того, обеспечивается возможность получения для промышленного использования двух гамма-источников большой мощности в виде объемной конструкции с внутренней полостью, которая не требует сборки ее радиоактивных деталей, и второго гамма-источника в виде цилиндра, тоже собранного из поглощающих элементов. The objective of the invention is to simplify the reactivity compensation device while increasing the relative burnup depth (i.e., increasing the campaign at a given uranium consumption). This achieves the technical result, which consists in equalizing the burnup of the fuel in the volume of the reactor core, as well as in eliminating the use of burnable absorbers. In addition, it is possible to obtain for industrial use two gamma sources of high power in the form of a three-dimensional structure with an internal cavity, which does not require the assembly of its radioactive parts, and a second gamma source in the form of a cylinder, also assembled from absorbing elements.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство состоит из двух независимо перемещаемых органов: центральной компенсирующей решетки (ЦКР), представляющей собой пакет поглощающих элементов, закрепленных между нижней и верхней пластинами, расположенных по одному в центре замедлителя, находящегося между, например, тремя тепловыделяющими каналами, если все топливные элементы в активной зоне размещены в вершинах углов треугольной топливной решетки и внешней, также утроенной компенсирующей решетки ВКР. При этом ЦКР перемещается одним приводом, а ВКР по крайней мере двумя приводами, установленными по центру тяжести полуколец ВКР, охватывающих ЦКР. The specified technical result is achieved by the fact that the device consists of two independently movable organs: a central compensating grating (CCR), which is a package of absorbing elements fixed between the lower and upper plates, one at a time in the center of the moderator, located between, for example, three heat-generating channels if all fuel cells in the core are located at the vertices of the corners of the triangular fuel grate and the external, also tripled compensating grating of the SRS. In this case, the CCR is moved by one drive, and the SRS by at least two drives installed at the center of gravity of the half rings of the SRS, covering the CCR.

Внешняя компенсирующая решетка имеет две ступени "черноты" (поглощающей способности на единицу ее длины), составляющих решетку поглощающих элементов, например кобальтовых трубок. Нижняя ступень при этом имеет существенно более низкую поглощающую способность в сравнении с "чернотой" верхней ступени, которая делается предельно максимальной для тепловых нейтронов. Поглощающая способность ("чернота) центральной КР делается в 1,5-2,0 раза большей, чем для нижней ступени внешней КР для выравнивания поля по радиусу зоны, что уточняется расчетом на оптимум. Высота нижней ступени внешней КР делается равной высоте активной зоны или несколько меньше (на 10-20% ), что определяется высотной неравномерностью поля по высоте, изменяющейся в течение кампании. Высота верхней ступени ВКР делается из расчета компенсации запаса реактивности реактора на стационарное отравление, температурный коэффициент и создания подкритичности реактора со свежим топливом в начале кампании; при ограничении в проекте размеров по высоте установки "черная" ступень при опускании ВКР на нижние упоры может входить в активную зону даже полностью, верхней своей границей опускаясь ниже верхней границы активной зоны настолько, что открывающаяся при этом над ней часть активной зоны оставалась достаточно подкритической. The external compensating lattice has two stages of “blackness” (absorption capacity per unit length) that make up the lattice of absorbing elements, such as cobalt tubes. In this case, the lower stage has a significantly lower absorption capacity in comparison with the “blackness” of the upper stage, which is made extremely maximum for thermal neutrons. The absorption capacity ("blackness") of the central Raman scattering is made 1.5-2.0 times greater than for the lower stage of the outer Raman to equalize the field along the radius of the zone, which is specified by calculating the optimum. The height of the lower step of the outer Raman is made equal to the height of the active zone or slightly lower (by 10-20%), which is determined by the altitude field unevenness in height, which varies during the campaign.The height of the upper stage of the stimulated Raman scattering is made from the calculation of the compensation of the reactivity margin of the reactor for stationary poisoning, the temperature coefficient, and of the reactor with fresh fuel at the beginning of the campaign; if the design size is limited by the installation height, the “black” stage when lowering the SRS to the lower stops can even enter the active zone completely, dropping its upper boundary below the upper boundary of the active zone so that it opens above it, part of the core remained fairly subcritical.

Высота ЦКР делается несколько меньшей высоты активной зоны (0,8-0,9) за счет части активной зоны свободной от ЦКР - из расчета ее глубокой подкритичности. Свободная от ЦКР верхняя центральная часть активной зоны является дополнительным средством выравнивания поля энерговыделения по высоте активной зоны и увеличения выгорания топлива. Когда ВКР находится на нижних упорах в начале кампании, то свободная от ЦКР часть зоны экранируется по окружности верхней ("черной") ступенью ВКР, а снизу центральной КР. Для такого состояния ее объем рассчитывается на достаточную подкритичность. По мере же подъема ВКР этот свободный над ЦКР объем активной зоны освобождается от экранировки "черной" ступенью, ушедшей из зоны для "горячего и стационарно-отравленного" состояния свежей загрузки. Для состояния "холодный и неотравленный" для реактора со свежим топливом нижняя граница ЦКР совпадает с нижней границей активной зоны. Диаметр ЦКР составляет 0,15-0,20% активной зоны. Внешний диаметр верхней ступени ВКР равен диаметру активной зоны, а внешний диаметр нижней ступени ВКР делается меньше диаметра активно зоны (0,8-0,85), что уточняется расчетом на оптимум стабильности профиля поля по радиусу зоны в целях выравнивания нейтронного поля по радиусу активной зоны в начале кампании. При дальнейшем подъеме по мере выгорания нижняя часть ВКР выравнивает поле по радиусу в месте своего расположения, а в части активной зоны, из которой ВКР уходит, нейтронное поле по радиусу выравнивается за счет двух эффектов: большего выгорания в том объеме зоны, из которой ВКР выходит, в сравнении с выгоранием на периферии, и наличием ЦКР в центре активной зоны. Для выхода реактора в критическое состояние в начале кампании со свежей загрузкой топлива ВКР выводится вверх из активной зоны, а "черная" ступень ВКР, выходя при этом из зоны, увеличивает постепенно зоны. Движением вверх ВКР компенсируется постепенное увеличение температуры замедлителя и ядерного топлива и происходящего по мере увеличения мощности отравления ксеноном. Так как до выхода "черной" ступени из активной зоны эффективная высота загрузки топлива по теплоотдаче от него не равна высоте активной зоны из-за его экранировки "черной" ступенью ВКР, то до полного стационарного отравления (несколько часов в начале кампании) номинальная мощность реактора устанавливается и не сразу со свежей загрузкой в начале кампании, а при совпадении нижней границей ВКР с верхней границей активной зоны (в пределах точности физического и теплового расчетов), если по расчету не заложены условия теплосъема для такого случая. По мер выгорания при пуске реактора, на постепенно увеличивающейся мощности, "черная" ступень для состояния "горячий и отравленный" оказывается выше верхней границы активной зоны, и реактор всегда в дальнейшем в течение кампании выводится сразу на полную мощность. Процесс выгорания компенсируется только подъемом ВКР при неподвижной ЦКР. При выходе ВКР из зоны продолжение кампании может осуществляться частичным подъемом ЦКР, если ее "вес" будет принят несколько большим, чем необходимы для компенсации иодной ямы в конце кампании. Такой относительно небольшой запас компенсирующей способности ЦКР на выгорание (10% общего выгорания) может осуществляться на полной мощности реактора до допустимого ухудшения полей энерговыделения по высоте и радиусу. ЦКР в конце кампании может, если условия эксплуатации допускают, использоваться и только для компенсации дальнейшего выгорания (продолжения кампании), но при сниженном уровне мощности (по расчету конкретной зоны), если не оставлять запаса реактивности на выход из полной иодной ямы в конце кампании (2-3%) или частично на продолжение кампании и выходе из неполной иодной ямы. Предложенная совокупность позволяет исключить недовыгорающие поглотители, устанавливаемые неподвижно в активную зону, получая при этом достаточную стабильность профиля - поля энерговыделения по радиусу активной зоны (что достигается в прототипе расстановкой недовыгорающих поглотителей), которая необходима для сохранения постоянства расхода теплоносителя по технологическим топливным каналам активной зоны в течение кампании, предельно выравнить выгорание топлива как по радиусу зоны, так и по ее высоте, что определяется перемещением максимума кривой энерговыделения по высоте сначала из центра зоны вниз по мере выгорания топлива и подъемом ВКР, а потом снова вверх. В связи с тем, что весь начальный избыток реактивности компенсируется двумя органами компенсации, поглощающие элементы его можно делать, например, из кобальта для получения радиоактивного его изотопа Со-60. Для примера расчета реактора: Н_а.з. = 80 см; D = 100 см мощностью 100000 кВт на кампанию 7000 ч радиоактивного Со-60 образуется 3˙10⁶ Кюри, что по стоимости его полностью компенсирует стоимость всей загрузки топлива в такой реактор (80 кг U = 235).The height of the CCR is made somewhat lower than the height of the active zone (0.8-0.9) due to the part of the active zone free from CCR - based on its deep subcriticality. The upper central part of the core free from CCR is an additional means of leveling the energy release field along the height of the core and increasing fuel burnup. When the SRS is on the lower stops at the beginning of the campaign, the part of the zone free from the CCR is screened around the circumference by the upper (“black”) stage of the SRS, and from the bottom by the central RC. For such a state, its volume is calculated for sufficient subcriticality. As the SRS rises, this free volume of the core above the CDR is freed from screening by the “black” step, which has left the zone for the “hot and stationary-poisoned” state of the fresh charge. For the “cold and non-poisoned” state for a reactor with fresh fuel, the lower boundary of the CCR coincides with the lower boundary of the core. The diameter of the CCR is 0.15-0.20% of the core. The outer diameter of the upper Raman stage is equal to the diameter of the active zone, and the outer diameter of the lower Raman stage is smaller than the diameter of the active zone (0.8-0.85), which is refined by calculating the optimum field profile stability along the radius of the zone in order to align the neutron field along the radius of the active zones at the beginning of the campaign. Upon further rise as it burns out, the lower part of the Raman scattering field aligns radially at its location, and in the part of the active zone from which the Raman scattering leaves, the neutron field is radially aligned due to two effects: a larger burnup in the volume of the zone from which the Raman scattering , in comparison with the burnout on the periphery, and the presence of CCR in the center of the core. In order to get the reactor to a critical state at the beginning of the campaign with fresh fuel loading, the SRS is brought up from the active zone, and the “black” stage of the SRS, leaving the zone, gradually increases the zone. By moving upwards, the stimulated Raman scattering compensates for the gradual increase in the temperature of the moderator and nuclear fuel, which occurs as xenon poisoning increases. Since before the exit of the “black” stage from the active zone, the effective height of fuel loading by heat transfer from it is not equal to the height of the active zone due to its screening by the “black” stage of stimulated Raman scattering, then until the reactor is completely poisoned (several hours at the beginning of the campaign) the rated power of the reactor it is established not immediately with a fresh load at the beginning of the campaign, but if the lower boundary of the stimulated Raman scattering coincides with the upper boundary of the core (within the accuracy of physical and thermal calculations), if the calculation does not establish the conditions for heat removal for such a case and I. As a result of burnup when the reactor is started, at a gradually increasing power, the “black” stage for the “hot and poisoned” state is higher than the upper boundary of the active zone, and the reactor is always subsequently brought to full power immediately during the campaign. The burnout process is compensated only by the rise of the Raman scattering with the stationary CCR. When the WRC leaves the zone, the continuation of the campaign can be carried out by a partial rise of the CCR, if its “weight” is adopted somewhat more than is necessary to compensate for the iodine hole at the end of the campaign. Such a relatively small margin of the compensating ability of the CCR for burnout (10% of the total burnup) can be carried out at the full capacity of the reactor until the permissible deterioration of the energy release fields in height and radius. CCR at the end of the campaign can, if operating conditions permit, be used only to compensate for further burnout (continuation of the campaign), but at a reduced power level (according to the calculation of a specific zone), if one does not leave a reactivity margin to exit the full iodine well at the end of the campaign ( 2-3%) or partially to continue the campaign and exit from the incomplete iodine pit. The proposed combination makes it possible to exclude short-burning absorbers installed motionlessly in the active zone, while obtaining sufficient profile stability — energy release fields along the radius of the active zone (which is achieved in the prototype by arranging short-burning absorbers), which is necessary to maintain a constant flow rate of the coolant along the technological fuel channels of the active zone in the course of the campaign, to maximally equalize the burnup of fuel both in the radius of the zone and in its height, which is determined by the movement the maximum of the energy release curve in height, first from the center of the zone down as the fuel burns out and the SRS rises, and then again up. Due to the fact that the entire initial excess of reactivity is compensated by two compensation bodies, its absorbing elements can be made, for example, from cobalt to obtain its radioactive isotope Co-60. For an example of reactor design: N _a.s. = 80 cm; D = 100 cm with a power of 100,000 kW for a campaign of 7,000 hours of radioactive Co-60, 3˙10 ⁶ Curie is formed, which at its cost fully compensates for the cost of the entire fuel load in such a reactor (80 kg U = 235).

Охранным признаком изобретения является здесь, конечно, не использование кобальта, что давно известно, а то, что к концу кампании можно извлечь две готовые к эксплуатации в промышленности γ -активные установки (ВКР и ЦКР), которые не требуют сборки высокой активности ее деталей (например, стержней-поглотителей из тонкостенных кобальтовых трубок (диаметром 16-18 мм), что до сих пор в реакторостроении неизвестно. Причем на фиг.1 показаны положения КР для начального состояния со свежим топливом в подкритическом состоянии; на фиг.2 - вид на КР сверху; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 4 - положение ВКР и ЦКР для состояния реактора со свежим топливом "горячий и отравленный", т.е. с рабочими номинальными параметрами теплоносителя и стационарного (т.е. присущего максимальной мощности отравления ксеноном); на фиг. 5 - вид на КР сверху; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг. 7 - интегральный график распределения "шлаков" (т.е. выгорание) в основной части активной зоны (по которой перемещается ВКР) за всю кампанию; на фиг.8 - кривые радиального поля энерговыделения активной зоны в течение кампании (числа на кривых показывают время работы ректора, показанное в сутках - двузначные числа в таблицах графиков); на фиг.9 - графики распределения поля энерговыделения по высоте активной зоны в ее основном объеме, в котором перемещается ВКР (числа на кривых показывают работу реактора в сутках на мощности 100000 кВт); на фиг.10 - кривые изменения коэффициентов неравномерности по высоте К зоны за кампанию и по радиусу К_R, которая показывает стабильность коэффициента и профиля поля; на фиг.11 - положение ВКР и ЦКР в процессе выгорания: кривая а показывает выход ВКР из зоны (начальное заглубление ее в зоне для состояния "горячий и отравленный" 0,8 м на всю высоту активной зоны, при недовыходе ее из зоны на 5 см (270 суток работы) начинает подниматься ЦКР, которая из оптимальных условий в начале кампании стояла до подъема несколько выше нижней границы зоны на (≈ 7 см).A security feature of the invention is, of course, not the use of cobalt, which has long been known, but that, by the end of the campaign, two γ-active plants (SRS and CCR), which are ready for operation in the industry, that do not require the assembly of high activity of its parts ( for example, absorber rods made of thin-walled cobalt tubes (16-18 mm in diameter), which is still unknown in reactor engineering. Moreover, Fig. 1 shows the positions of the CR for the initial state with fresh fuel in a subcritical state; Fig. 2 is a view of KR on top ; Fig. 3 is a section A-A in Fig. 1; Fig. 4 is the position of the SRS and CCR for the state of the reactor with fresh fuel "hot and poisoned", i.e. with operating nominal parameters of the coolant and stationary (i.e. e. inherent maximum xenon poisoning power); in Fig. 5 is a top view of the CR; in Fig.6 is a section bB in Fig.4; in Fig. 7 is an integrated graph of the distribution of "slag" (ie, burnup ) in the main part of the active zone (through which the WRC moves) for the entire campaign; on Fig - curves of the radial field of energy release of the active zone during the campaign (the numbers on the curves show the time of the rector, shown in days - double-digit numbers in the graph tables); figure 9 - graphs of the distribution of the energy release field along the height of the active zone in its main volume in which the SRS is moving (the numbers on the curves show the operation of the reactor in days at a power of 100,000 kW); figure 10 - curves of variation of the coefficients of unevenness along the height K of the zone for the campaign and along the radius K _R , which shows the stability of the coefficient and profile of the field; figure 11 - the position of the SRS and CCR during the burnout: curve a shows the SRS exit from the zone (its initial deepening in the zone for the state of "hot and poisoned" 0.8 m to the entire height of the active zone, when it is not exited from the zone by 5 cm (270 days of work), the CKR begins to rise, which, from the optimal conditions at the beginning of the campaign, stood before rising slightly higher than the lower boundary of the zone by (≈ 7 cm).

Устройство содержит верхнюю ступень 1 ВКР, нижнюю ступень 2 ВКР, центральную КР 3, активную зону 4 реактора, тягу 5 для перемещения в активной зоне ВКР, тягу 6 для перемещения ЦКР, поглощающий элемент 7 КР, технологический канал 8 с топливом, нижние упоры 9 ВКР и нижний упор 10 ЦКР. The device contains the upper stage 1 of the WRC, the lower stage 2 of the WRC, the central KP 3, the active zone 4 of the reactor, a rod 5 for moving in the active zone of the Raman, a thrust 6 for moving the CCR, an absorbing element 7 KP, the technological channel 8 with fuel, the lower stops 9 WRC and lower emphasis 10 CCR.

Устройство работает следующим образом,
В начальном состоянии реактора, холодного и неотравленного со свежим топливом, обе компенсирующие решетки установлены каждая на своих нижних упорах: центральная КР 3 установлена так, что ее нижняя граница совпадает (допустимо несовпадение в несколько сантиметрах) с нижней границей активной зоны 4, а нижняя граница внешней КР находится ниже нижней границы активной зоны 4. Величина смещения ее вниз относительно активной зоны определяется компенсацией реактивности, состоящей из суммы отрицательного температурного эффекта замедлителя и топлива (от холодного состояния до "горячего") и стационарного отравления и создания желаемой начальной подкритичности (которая по мере выгорания увеличивается при опущенной ВКР на нижние упоры). Эта компенсация реактивности осуществляется снижением в зону верхней ("черной") ступени 1 ВКР (чем глубже она стоит в зоне для состояния "горячий и отравленный", тем меньший относительно будет ее ход вниз относительно нижней границы активной зоны для компенсации указанной реактивности, так как ∂ ρ / ∂ H_н.з ее сразу тем больше, чем ниже она стоит в активной зоне в начале движения вниз (но увеличивая при этом высотную неравномерность). Для вывода реактора из подкритического состояния ВКР поднимается вверх (одновременно обе ее половинки (полукольца) или поочередно небольшими ступенями, чтобы не перекашивать нейтронное поле сверх допустимого по расчету). ВКР может быть выполнена и из одного кольца, т.е. с одним приводом, что и упрощает схему управления и использование ВКР в качестве γ -источника в промышленности. По мере разогрева и отравления ксеноном ВКР поднимается все выше до совпадения (с расчетной точностью допустимого несовпадения) ее нижней границы с нижней границей зоны 4 для начала кампании со свежим топливом. Так как до совпадения нижних границ зоны и решетки база тепловыделения по высоте реактора меньше полной высоты активной зоны в верхней ("черной") ступени 1 ВКР, удельное энерговыделение много меньше, чем по всему объему активной зоны 4, в которой находится нижняя ступень 2 ВКР, то до совпадения границ зоны и решетки, если на это не сделан в расчете запас по теплосъему в самом только начале кампании, надо выходить на мощности, соответственно несколько меньшие полной (80-90% ), что решается заранее проектными параметрами теплосъема с активной зоны 4. По мере выгорания компенсация реактивности осуществляется подъемом ВКР сразу до полного выхода (постепенно все выше и выше) ее из активной зоны 4. Ею же осуществляется и выход из иодной ямы в течение кампании, если это может быть необходимым. Центральная КР 3 имеет два назначения: выравнивая поля по радиусу и для выхода из иодной ямы в конце кампании. Положительный эффект устройства определяется исключением изготовления многочисленных механизмов и приборов перемещения компенсирующих стержней, исключением необходимости изготовления недовыгорающих поглотителей, снижением расхода ядерного горючего за счет необходимости дополнительной закладки ядерного горючего для компенсации недовыгорающего остатка поглотителя, сокращения расхода ядерного топлива за счет предельно лучшего выравнивания полей выгорания топлива по объему активной зоны, что происходит из-за перемещения максимума кривой энерговыделения по высоте сначала вниз из центра зоны, когда кривая - косинусоида, а также выравнивания поля по радиусу зоны, стабильностью профиля поля энерговыделения за кампанию, что исключает необходимость создавать резерв в подаче теплоносителя по технологическим каналам зоны, и использованием поглотителя, поглощение нейтронов которым, например, кобальтом создает возможность получить за счет всего начального избытка нейтронов, определяющегося начальной надкритичностью реактора, полезный для народного хозяйства продукт, например, Со-60. Отличительной особенностью получения Со-60 в предлагаемом устройстве является превращение этого устройства к концу кампании реактора в установку нового качества, не требующую сложного монтажа ее радиоактивных элементов высокой γ-активности (до ≈ 100 Кюри/г кобальта в рассчитанном реакторе), для народного хозяйства путем использования не только ее внешнего γ-излучения, но внутреннего ее объема с еще большей γ-активностью, объема, который, когда ВКР и ЦКР в реакторе, занимали топливные каналы и замедлитель между ними ( физические расчеты произведены по программам Института атомной энергии: ЭВТ-М (точечная) и ДДВ (объемная).The device operates as follows,
In the initial state of the reactor, cold and non-poisoned with fresh fuel, both compensating gratings are each installed at their lower stops: the central KP 3 is set so that its lower boundary coincides (a mismatch of several centimeters is permissible) with the lower boundary of the core 4, and the lower boundary external Raman scattering is located below the lower boundary of the active zone 4. Its downward displacement relative to the active zone is determined by reactivity compensation, consisting of the sum of the negative temperature effect of the moderator and the top liva (from cold to "hot") and stationary poisoning and the creation of the desired initial subcriticality (which increases as the burnout is lowered to the lower stops). This reactivity compensation is carried out by lowering the SRS to the zone of the upper (“black”) stage 1 (the deeper it is in the zone for the “hot and poisoned” state, the smaller its relative movement will be down relative to the lower boundary of the active zone to compensate for the indicated reactivity, since ∂ ρ / ∂ H _{n.s. of} it immediately the more, the lower it is in the active zone at the beginning of the downward movement (but at the same time increasing the height non-uniformity.) To bring the reactor out of the subcritical state, the stimulated Raman scattering rises (both halves of it b) or alternately in small steps, so as not to distort the neutron field beyond the permissible value.) The SRS can also be made from one ring, i.e., with one drive, which simplifies the control circuit and the use of SRS as a γ source in industry As the warm-up and xenon poisoning occurs, the WRC rises higher until its lower boundary coincides (with the calculated accuracy of the permissible mismatch) with the lower boundary of zone 4 to start the campaign with fresh fuel. Since until the lower boundaries of the zone and the lattice coincide, the heat base at the height of the reactor is less than the full height of the active zone in the upper ("black") stage 1 of the SRS, the specific energy release is much less than throughout the volume of the active zone 4, in which the lower stage 2 of the SRS , then until the boundaries of the zone and the lattice coincide, if this is not done in the calculation, the heat supply margin at the very beginning of the campaign must be reached at capacities correspondingly slightly lower than the full (80-90%), which is decided in advance by the design parameters of heat removal from the core 4. As it burns out, the reactivity is compensated by raising the stimulated Raman scattering immediately to its full exit (gradually higher and higher) from the core 4. It also exits the iodine well during the campaign, if necessary. Central KR 3 has two purposes: aligning the field along the radius and to exit the iodine well at the end of the campaign. The positive effect of the device is determined by the exclusion of the manufacture of numerous mechanisms and devices for moving compensating rods, the elimination of the need to manufacture non-burning absorbers, reducing the consumption of nuclear fuel due to the need for additional laying of nuclear fuel to compensate for the non-burning residue of the absorber, and reducing the consumption of nuclear fuel due to the best possible alignment of the fuel burnup fields by the volume of the active zone, which occurs due to the movement of the maxim and the energy release curve in height first down from the center of the zone, when the curve is a cosine wave, as well as the field alignment along the radius of the zone, the stability of the energy release field profile for the campaign, which eliminates the need to create a reserve in the supply of coolant through the technological channels of the zone, and using an absorber, neutron absorption which, for example, makes it possible for cobalt to obtain, at the expense of the entire initial excess of neutrons, determined by the initial supercriticality of the reactor, a product useful for the national economy , for example, Co-60. A distinctive feature of the production of Co-60 in the proposed device is the conversion of this device to the installation of a new quality by the end of the reactor campaign, which does not require the complicated installation of its radioactive elements of high γ-activity (up to ≈ 100 Curie / g of cobalt in the calculated reactor), for the national economy by using not only its external γ-radiation, but its internal volume with even greater γ-activity, the volume that, when SRS and CCR in the reactor, occupied the fuel channels and moderator between them (physical calculations about zvedy program Nuclear Energy Institute: EVT-M (point) and DDI (volume).

Claims

1. A device for compensating the reactivity of a nuclear reactor containing neutron-absorbing elements with different absorbing capacity and the possibility of axial movement in the moderator between the fuel assemblies, characterized in that the absorbing elements are grouped into at least two compensating gratings with the possibility of their independent movement along the height of the active zone , one of which is located on the central axis of the core and is surrounded by an external compensating grating, consisting of upper and lower steps having a constant length and rigidly interconnected, moreover, the absorption capacity of the central compensating grating is greater than the absorption capacity of the lower degree and less than the absorption capacity of the upper stage, the external compensating grating, the lower stage has a height equal to the height of the active zone and an external diameter smaller than the diameter of the active zone, and the height of the upper stage is equal to half the height of the active zone and the outer diameter is equal to the diameter of the active zone.

2. A method of equalizing the volumetric energy distribution and fuel burnup, including starting profiling of the energy distribution along the radius and height of the active zone, the gradual successive movement of the compensation grids in the reactor core during the campaign, characterized in that in the initial state of the reactor the central compensation grid is installed so that it the lower boundary coincides with the lower boundary of the core, and the external compensation lattice is set so that its lower boundary is below the lower boundary of the active zone, at the first start-up of the reactor, an external compensating grating is removed from the active zone, while the central compensating grating is left in the same position as the reactor is heated to an incomplete rated power to its operating parameters, after reaching the operating parameters, the power level is gradually raised, compensating for the stationary reactor poisoning by gradual withdrawal of the external compensating grating until the lower boundary of the lower stage of the external compensating grating coincides with the lower face s of the core, and an upper stage outer compensating grating is completely withdrawn with the core of at least fuel burnup outer compensating grating is gradually removed from the reactor core to begin and complete withdrawal of the central rise compensating grating until its exit from the reactor core.

3. The device according to claim 1, characterized in that the diameter of the central compensating lattice is 15 - 20% of the diameter of the active zone, and its height is 80 - 90% of the height of the active zone.

4. The device according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the lower stage of the stimulated Raman scattering is 80 - 85% of the diameter of the active zone.

5. The device according to claim 1, characterized in that the absorbing elements of the central and lower stages of the external compensating gratings are made of Co-59 in the form of thin-walled tubes with an inner and outer shell of zirconium or stainless steel, while the absorbing capacity of the elements of the central lattice is 1 , 5 - 2 times higher than the elements of the lower stage of the external compensating grating.

6. The device according to p. 1, characterized in that the upper stage of the external compensating grating contains black rods for neutrons made in the form of sealed stainless steel tubes filled with B ₄ C.