RU2043666C1

RU2043666C1 - Fusion reactor energy conversion system

Info

Publication number: RU2043666C1
Application number: SU914929772A
Authority: RU
Inventors: А.В. Безносов; Н.К. Виноградова; И.В. Каратушина; Е.В. Муравьев; С.В. Саргин; М.А. Филякин
Original assignee: Безносов Александр Викторович
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1995-09-10

Abstract

FIELD: nuclear engineering. SUBSTANCE: energy conversion system has blanks with channels carrying liquid-metal, such as lead or lead-bismuth, coolant. System also has tritium production source, delivery and drain accumulating tanks, steam generator, main circulating pump, outlet and delivery headers. Lithium-containing glass ceramic members are of ball shape. Tank for charging glass ceramic balls and device for their delivery from this tank to blanket pipings, such as screw conveyer, are connected to coolant supply pipings running to blanket channels. Pipings discharging coolant from blanket channels are connected to tank accumulating balls and provided with device for extraction of tritium from lithium-containing material, for example, by heating in vacuum. EFFECT: improved design. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике и может быть применено в термоядерных реакторных установках. The invention relates to nuclear engineering and can be used in thermonuclear reactor plants.

Известно техническое решение термоядерной электрической установки, содержащее контур охлаждения бланкета жидким металлом-сплавом на основе свинца. Недостатком данного технического решения является усложнение эксплуатации вследствие наличия специального литиевого контура (с литием для наработки трития), кроме того требуется решение проблемы стойкости конструкционных материалов в литии, вопросов безопасности и др. A technical solution of a thermonuclear electrical installation is known, containing a lead blanket cooling circuit for a liquid metal alloy. The disadvantage of this technical solution is the complication of operation due to the presence of a special lithium circuit (with lithium for tritium production), in addition, a solution to the problem of resistance of structural materials to lithium, safety issues, etc.

Известна система преобразования энергии опытного термоядерного реактора (ОТР) с трубчатым жидкометаллическим трактом охлаждения, выбранная в качестве прототипа. Система преобразования энергии термоядерного реактора содержит бланкет с каналами охлаждения жидкометаллическим теплоносителем, источник наработки трития с каналами прокачки через бланкет литийсодержащего материала, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, циркуляционный насос, выходной и напорный коллекторы. A known system of energy conversion of an experimental thermonuclear reactor (OTP) with a tubular liquid metal cooling path, selected as a prototype. The energy conversion system of a thermonuclear reactor contains a blanket with cooling channels for liquid metal coolant, a source of tritium production with channels for pumping lithium-containing material through the blanket, pressure and drain storage tanks, a steam generator, a circulation pump, and output and pressure collectors.

В состав системы преобразования энергии с трубчатым трактом охлаждения входят: первая стенка с каналами охлаждения; трубчатая система литиевой зоны; трубчатая система урановой зоны, силовой корпус с радиационной защитой, разъемы для стыковки и расстыковки многотрубчатого пучка подводящих и отводящих труб, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, насос, выходной и напорный коллекторы. Недостатком данного технического решения также является усложнение эксплуатации вследствие введения в состав бланкета каналов специального контура с Li₁₇Pb₈₃, находящимся в расплавленном состоянии и высокоагрессивным по отношению к современным конструкционным материалам (сталям и др.).The structure of the energy conversion system with a tubular cooling path includes: the first wall with cooling channels; tubular system of a lithium zone; uranium-zone tube system, radiation-protected power casing, connectors for docking and undocking the multitubular bundle of supply and outlet pipes, pressure and discharge storage tanks, steam generator, pump, output and pressure collectors. The disadvantage of this technical solution is also the complication of operation due to the introduction of a special circuit channels with Li ₁₇ Pb ₈₃ , which is in a molten state and highly aggressive with respect to modern structural materials (steel, etc.).

Целью изобретения является упрощение конструкции и эксплуатации бланкета термоядерного реактора. Поставленная задача достигается за счет того, что в системе преобразования энергии термоядерного реактора, содержащей бланкет с каналами охлаждения жидкометаллическим теплоносителем, источник наработки трития с каналами прокачки через бланкет литийсодержащего материала, напорную и сливную аккумулирующие емкости, парогенератор, циркуляционный насос, входной и напорный коллекторы. Литийсодержащий материал выполнен в форме шаров, каналы прокачки литийсодержащего материала совмещены с каналами теплоносителя, при этом к трубопроводам подвода теплоносителя к бланкету подключена емкость с узлом ввода литийсодержащих шаров в каналы бланкета, а к трубопроводам отвода теплоносителя от бланкета подключена емкость с узлом сбора шаров и устройством выделения наработанного трития из шаров, причем литийсодержащие шары выполнены из ситаллов, а узлы ввода и сбора шаров снабжены шнеками. The aim of the invention is to simplify the design and operation of the blanket of a thermonuclear reactor. The task is achieved due to the fact that in the energy conversion system of a fusion reactor containing a blanket with cooling channels with a liquid metal coolant, a tritium production source with pumping channels through a blanket of lithium-containing material, pressure and drain storage tanks, a steam generator, a circulation pump, input and pressure collectors. The lithium-containing material is made in the form of balls, the channels for pumping lithium-containing material are combined with the coolant channels, while a container with a node for introducing lithium-containing balls into the channels of the blanket is connected to the pipelines for supplying the coolant to the blanket, and a container with a ball collecting unit and a device is connected to the pipes for transferring heat from the blanket. the allocation of accumulated tritium from the balls, and lithium-containing balls are made of glass, and the nodes of the input and collection of balls equipped with screws.

На чертеже приведена предлагаемая система. The drawing shows the proposed system.

Вокруг тороидальной камеры 1 термоядерного реактора типа ТОКОМАК размещены каналы 2 охлаждения жидкометаллическим теплоносителем (свинцом и эвтектическим сплавом свинец-висмут), подключенные к выходному ("горячему") коллектору 3. Последний связан трубопроводом с напорной аккумулирующей емкостью 4, выходной патрубок которой соединен с пароперегревателем 5 и испарителем 6 парогенератора. Последний посредством трубопровода сообщен со сливной аккумулирующей емкостью 7 с размещенными в ней главным циркуляционным насосом 8, напорный патрубок которого подключен к напорному ("холодному") коллектору 9. В каналах 2 бланкета помещен выполненный в виде шаров 10 керамический литийсодержащий материал-ситалл. К каналам 2 подключена емкость 11 загрузки ситалловых шаров с газовыми штуцерами и загрузочным люком 12. Емкость 11 сообщена со шнековым устройством 13 ввода шаров 10 из емкости 11 в трубопровод, каналов 2 охлаждения бланкета, к выходному ("горячему") участку трубопровода каналов охлаждения бланкета подключена через задвижку 14 емкость 15 (экстрактор) выведения отработанного трития с электрообогревом и газовым штуцером. В емкости 15 установлено шнековое устройство 16 выгрузки шаров. В напорном и сливном участках трубопроводов установлены перфорированные решетки 17, исключающие поступление шаров из бланкета в аккумулирующие емкости, парогенераторы и главный циркуляционный насос. К газовому объему сливной емкости подключена система выведения трития из газа, например, окислением с последующей конденсацией образовавшихся паров или др. Around the toroidal chamber 1 of the TOKOMAK-type fusion reactor, cooling channels 2 are arranged with a liquid metal coolant (lead and a lead-bismuth eutectic alloy) connected to an outlet ("hot") collector 3. The latter is connected by a pipe to a pressure storage tank 4, the outlet of which is connected to a superheater 5 and the evaporator 6 of the steam generator. The latter is connected via a pipeline with a drain accumulating tank 7 with a main circulation pump 8 located in it, the discharge pipe of which is connected to a pressure ("cold") collector 9. Ceramic lithium-containing material-ceramic made in the form of balls 10 is placed in the channels 2 of the blank. A capacity 11 for loading metal balls with gas fittings and a loading hatch 12 is connected to channels 2. Capacity 11 is in communication with a screw device 13 for introducing balls 10 from capacity 11 into the pipeline, blanket cooling channels 2, to the outlet (“hot”) section of the blanket cooling channels pipeline connected through the valve 14 capacity 15 (extractor) removal of spent tritium with electric heating and a gas fitting. In the tank 15, a screw device 16 for unloading balls is installed. Perforated grids 17 are installed in the pressure and drain sections of the pipelines, which exclude the entry of balls from the blank into storage tanks, steam generators, and the main circulation pump. A system for removing tritium from gas is connected to the gas volume of the drain tank, for example, by oxidation followed by condensation of the vapor formed, etc.

Работа предлагаемого технического решения осуществляется следующим образом. Через люк 12 производится загрузка шаров 10 в емкость 11. После заполнения контура жидкометаллическим теплоносителем с циркуляцией теплоносителя (с расходом существенно меньше номинального и соответствующего, например, расходу жидкометаллического теплоносителя (ЖМТ) в нерабочем участке цикла с "погасшей" плазмой или без циркуляции включается шнековое устройство 13 и ситалловые шары, имеющие плотность меньше, чем плотность ЖМТ, заполняют каналы 2 бланкета. Задвижка 14 при этом закрыта. Количество поданного в бланкет литийсодержащего материала контролируется либо по полному удалению шаров из емкости 11, либо по появлению шаров перед задвижкой 14, либо другим способом. The work of the proposed technical solution is as follows. Through the hatch 12, the balls 10 are loaded into the tank 11. After filling the circuit with a liquid metal coolant with circulation of the coolant (with a flow rate substantially less than the nominal and corresponding, for example, the flow rate of a liquid metal coolant) in the non-working section of the cycle with “extinguished” plasma or without circulation, the screw turns on the device 13 and the glass balls having a density lower than the density of the MMT fill the channels of the blanket 2. The valve 14 is closed while the amount of lithium-containing material fed into the blanket and controlled either by complete removal of the balls from the container 11, or by the appearance of balls before the bolt 14, or other means.

Далее термоядерный реактор вводится в работу по прямому назначению. Решетки 17 исключают вынос шаров в остальные участки контура ЖМТ как при нормальной циркуляции, так и при прекращении циркуляции. Выделяющееся в шарах за счет нейтронно-физических реакций тепло отводится омывающим их ЖМТ. В случае утечки трития из шаров он поступает в газовый объем контура ЖМТ, откуда выводится системой 18. Основная масса образующегося из лития трития находится в объеме материала шаров. По истечении промежутка времени, необходимого для наработки из лития трития, производится гидровыгрузка шаров 10 из каналов 2 бланкета в емкость 15 путем открытия задвижки 14, выгрузка может производиться в экстрактор порциями с последующим нагревом и вакуумированием последнего, либо полностью с выводом шаров из емкости 15, например, шнековым устройством 16 для последующей переработки вне контура. Next, a fusion reactor is put into operation for its intended purpose. Lattices 17 exclude the removal of balls to the remaining sections of the LMC circuit both during normal circulation and when the circulation ceases. The heat released in the balls due to neutron-physical reactions is removed by the wastewater washing them. In the event of tritium leakage from the balls, it enters the gas volume of the LMC circuit, from where it is discharged by system 18. The bulk of tritium formed from lithium is in the volume of the material of the balls. After the period of time necessary for operating from lithium tritium, the balls 10 are unloaded from the channels 2 of the blanket into the container 15 by opening the valve 14, the discharge can be made in portions with subsequent heating and evacuation of the latter, or completely with the removal of the balls from the container 15, for example, a screw device 16 for subsequent processing outside the circuit.

Дозагрузка емкости 11 через люк 12 производится при уменьшении расхода и соответственно давления ЖМТ в этой емкости. Дозаполнение шарами 10 каналов 2 повторяется аналогично описанному выше. The reloading of the tank 11 through the hatch 12 is carried out with a decrease in the flow rate and, accordingly, the pressure of the LMC in this tank. Filling with balls 10 of channels 2 is repeated as described above.

Claims

1. ENERGY TRANSFORMATION SYSTEM OF A THERMONUCLEAR REACTOR, containing a blanket with cooling channels for liquid metal coolant, a source of tritium production with pumping channels through a blanket of lithium-containing material, pressure and drain storage tanks, a paragenerator, a circulation pump, which is designed for output and pressure simplifying the design and operation, the lithium-containing material is made in the form of balls, the pumping channels of the lithium-containing material are combined with the coolant channels, at ohm to pipelines for supplying coolant to Blanket capacitance connected to the node input balls of lithium in the blanket channels and conduits to the coolant discharge capacity of the blanket is connected to the node device and collecting balls accumulated tritium release of the balls.

2. The system according to claim 1, characterized in that the lithium-containing balls are made of ceramic.

3. The system according to claim 1, characterized in that the nodes of the input and collection of balls equipped with screws.