RU2241263C1 - Thermal reactor core - Google Patents
Thermal reactor core Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241263C1 RU2241263C1 RU2003106720/06A RU2003106720A RU2241263C1 RU 2241263 C1 RU2241263 C1 RU 2241263C1 RU 2003106720/06 A RU2003106720/06 A RU 2003106720/06A RU 2003106720 A RU2003106720 A RU 2003106720A RU 2241263 C1 RU2241263 C1 RU 2241263C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- moderator
- hydrogen
- neutrons
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к активной зоне ядерного реактора на тепловых нейтронах.The invention relates to nuclear technology, and more particularly to a core of a thermal neutron nuclear reactor.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является активная зона ядерного реактора на тепловых нейтронах, содержащая установленные в твердом замедлителе технологические каналы, в которых расположены стержневые тепловыделяющие элементы (Н.А.Доллежаль, И.Я.Емельянов “Канальный ядерный энергетический реактор, М.: Атомиздат, 1980, с.11-13, рис.2.1).The closest set of essential features to the invention is the core of a thermal neutron reactor containing technological channels installed in the solid moderator, in which the rod fuel elements are located (N.A.Dollezhal, I.Ya. Emelyanov “Channel nuclear power reactor, M .: Atomizdat, 1980, pp. 11-13, Fig. 2.1).
Недостатком известной активной зоны является ухудшение ее размножающих свойств из-за дополнительного поглощения нейтронов и увеличения неравномерности энерговыделения поглотителями нейтронов, которые установлены в активной зоне для компенсации положительной реактивности, выделяемой при потере теплоносителя. При обезвоживании активной зоны мощность реактора не уменьшается, а только ограничивается темп ее роста, который может быть значительным, что снижает ядерную безопасность.A disadvantage of the known active zone is the deterioration of its propagating properties due to additional absorption of neutrons and an increase in the unevenness of energy release by neutron absorbers, which are installed in the active zone to compensate for the positive reactivity released upon loss of coolant. During dehydration of the core, the reactor power does not decrease, but only its growth rate is limited, which can be significant, which reduces nuclear safety.
Задачей настоящего изобретения является создание активной зоны ядерного реактора на тепловых нейтронах, обладающей свойством внутренней ядерной безопасности при обезвоживании активной зоны (потере теплоносителя) за счет уменьшения реактивности до отрицательных значений.The objective of the present invention is to create a core of a nuclear reactor with thermal neutrons, which has the property of internal nuclear safety during dehydration of the core (loss of coolant) by reducing reactivity to negative values.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение размножающих свойств активной зоны за счет увеличения среднего потока нейтронов на тепловыделяющих элементах и уменьшения неравномерности энерговыделения, а также выделение отрицательной реактивности при потере теплоносителя.The technical result of the present invention is to improve the propagating properties of the core by increasing the average neutron flux on the fuel elements and reduce the unevenness of energy release, as well as the release of negative reactivity during loss of coolant.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной активной зоне ядерного реактора на тепловых нейтронах, содержащей установленные в твердом замедлителе технологические каналы, в которых расположены стержневые тепловыделяющие элементы, тепловыделяющие элементы установлены в канале с образованием симметричной или несимметричной относительно оси канала центральной полости, при этом полость содержит замедлитель из водородсодержащего материала, а размеры ее поперечного сечения выбраны соизмеримыми с длиной замедления нейтронов в водородсодержащем материале.The specified technical result is achieved by the fact that in the known core of a nuclear reactor using thermal neutrons containing technological channels installed in the solid moderator, in which the core fuel elements are located, the fuel elements are installed in the channel with the formation of a central cavity symmetrical or asymmetric with respect to the channel axis, while the cavity contains a moderator of a hydrogen-containing material, and the dimensions of its cross section are selected commensurate with the length of the deceleration eytronov in the hydrogen-containing material.
Кроме этого, размеры поперечного сечения центральной полости выбраны в диапазоне от 1,0 до 5 см.In addition, the cross-sectional dimensions of the central cavity are selected in the range from 1.0 to 5 cm.
Кроме этого, в качестве водородсодержащего материала использованы гидриды малопоглощающих нейтроны металлов.In addition, hydrides of low absorbing metal neutrons were used as a hydrogen-containing material.
Кроме этого, в качестве водородсодержащего материала использована вода, при этом в центральной полости канала установлен ограничитель объема воды, выполненный в виде обечайки.In addition, water was used as a hydrogen-containing material, and a water volume limiter made in the form of a shell was installed in the central cavity of the channel.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена регулярная полиячейка, составляющая около 1% от поперечного сечения активной зоны, на фиг.2 показан технологический канал с симметричной центральной полостью и с двумя рядами твэлов (поперечное сечение), на фиг.3 - то же с несимметричной центральной полостью и с двумя рядами твэлов (поперечное сечение), на фиг.4 - то же с симметричной лепестковой центральной полостью и с двумя рядами твэлов (поперечное сечение), на фиг.5 - то же с симметричной центральной полостью и с одним рядом твэлов (поперечное сечение).The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a regular polycell, comprising about 1% of the cross section of the core, Fig. 2 shows a process channel with a symmetrical central cavity and with two rows of fuel rods (cross section), Fig. 3 - the same with an asymmetric central cavity and with two rows of fuel rods (cross section), Fig. 4 is the same with a symmetrical petal central cavity and with two rows of fuel rods (cross section), in Fig. 5 is the same with a symmetric central cavity and with one near fuel rods (cross section).
Активная зона ядерного реактора на тепловых нейтронах содержит технологические каналы 1, установленные в графитовой кладке 2 (твердый замедлитель), и стержневые тепловыделяющие элементы (твэлы) 3, образующие тепловыделяющие сборки (ТВС). Твэлы 3 размещены в канале 1 с образованием центральной полости 4, которая расположена симметрично или несимметрично относительно оси канала 1. Между внешним рядом твэлов 3 и стенкой канала 1, а также между твэлами 3 в рядах и между рядами имеются зазоры 5 для прохода теплоносителя. Центральная полость 4 содержит замедлитель 6 из водородсодержащего материала, в качестве которого могут быть использованы вода или гидриды малопоглощающих нейтроны металлов, например гидрид циркония. Замедлитель 6 в центральной полости 4 сохраняет свой объем за счет использования в качестве водородсодержащего материала твердых гидридов малопоглощающих нейтроны металлов, а при использовании воды - замедлитель 6 сохраняет свой объем за счет размещения в центральной полости 4 ограничителя 7 объема, обеспечивающего воде неизменность агрегатного состояния. Ограничитель объема выполнен, например, в виде обечайки, повторяющей форму центральной полости 4. Сохранение объема замедлителя 6 позволяет стабилизировать высотное распределение нейтронов, деформирующееся при кипении теплоносителя вблизи твэлов 3. Центральная полость 4 может быть различной по форме сечения, например круговой, фигурной, многолепестковой и т.д. Размеры поперечного сечения полости 4 выбраны соизмеримыми с длиной замедления нейтронов в водородсодержащем материале и составляют величину, равную 1,0-5,0 см. Полость 4 с размером поперечного сечения, выбранным менее 1,0 см - малоэффективна, а при превышении 5 см физические характеристики тепловыделяющих элементов 3 не улучшаются из-за увеличения паразитного поглощения нейтронов водородсодержащим материалом. Полость 4 в канале 1, например, для РБМК образована за счет удаления центральных металлических несущих конструкций и части или всех тепловыделяющих элементов внутреннего ряда, что позволяет уменьшить количество твэлов и, следовательно, загрузку активной зоны примерно на 30% при одновременном сохранении мощности ядерного реактора за счет эффективного использования оставшихся твэлов путем уменьшения неравномерности распределения нейтронов. Для компенсации начальной избыточной реактивности в полости 4 или внутри твэлов 3 может быть установлен выгорающий поглотитель (не показан) нейтронов, например, из боросодержащего материала. Активная зона содержит элементы управления в виде стержней регулирования 8 и стержней аварийной защиты (не показаны).The active zone of a thermal neutron reactor contains technological channels 1 installed in graphite masonry 2 (solid moderator), and rod fuel elements (fuel rods) 3, which form fuel assemblies (FA). The
Активная зона работает следующим образом. При делении топлива в тепловыделяющих элементах 3 замедлитель 6, расположенный в центральной полости 4 и выполненный из водородсодержащего материала, увеличивает поток замедленных, в том числе тепловых нейтронов на внутренних поверхностях твэлов 3, обращенных к замедлителю 6. Это приводит к снижению неравномерности распределения нейтронов по сечению канала 1, например, для реактора РБМК примерно с 20% до 6-10%. Снижение неравномерности происходит при любом (симметричном или несимметричном) расположении полости 4 относительно оси канала 1, поскольку определяющим фактором для замедления нейтронов является объем полости, а не ее форма. При этом улучшается баланс нейтронов, что позволяет использовать уменьшенное количество твэлов 3 практически без большой потери реактивности. Замедлитель 6, сохраняющий свой объем в полости 4 за счет неизменности агрегатного состояния водородоодержащего материала, стабилизирует распределение нейтронов вдоль вертикальной оси канала 1. При обезвоживании канала 1 полностью или частично аннулируется подпитка нейтронами твэлов 3 из обезвоженной полости 4, возрастает неравномерность распределения нейтронов по поперечному сечению канала 1 из-за уменьшения поступления нейтронов на внутренние поверхности твэлов 3, ухудшается баланс нейтронов, особенно, если в канале 1 уменьшено число твэлов 3, что приводит к уменьшению реактивности. Например, для канала с числом твэлов, меньшим на 3-6 числа твэлов канала РБМК с топливом 2% обогащения по изотопу урана 235, реактивность уменьшается при обезвоживании на мощности при извлеченных стержнях СУЗ, так как уменьшение реактивности от удаления твэлов превышает ее возможное нарастание вследствие положительного парового эффекта. Это придает “чистой” активной зоне (без стержней СУЗ) свойства внутренней ядерной безопасности, так как наличие стержней СУЗ в активной зоне из-за соответствующего снижения положительного парового эффекта увеличивает отрицательную реактивность при обезвоживании на мощности. С уменьшением реактивности также уменьшается мощность реактора при обезвоживании с переводом ядерного реактора в подкритическое состояние, если уменьшено число твэлов. В случае использования в полости 4 в качестве замедлителя 6 гидридов малопоглощающих нейтроны металлов обезвоживание приводит к потере теплоносителя в межтвэльных зазорах 5 с соответствующим уменьшением реактивности из-за уменьшения объема водородсодержащего замедлителя. Из-за меньшего снижения объема замедлителя по сравнению с обезвоживанием всего канала в случае использования воды эффекты реактивности выражены слабее, что облегчает дальнейшее управление реактором.The active zone operates as follows. When dividing the fuel in the
Использование настоящего изобретения позволит:Using the present invention will allow:
- повысить ядерную безопасность канального ядерного реактора с твердым замедлителем и водой в качестве теплоносителя при потере теплоносителя (обезвоживании) на мощности, поскольку связанное с этим уменьшение реактивности приводит к уменьшению мощности и остановке реактора даже при извлеченных из активной зоны стержнях СУЗ;- to increase the nuclear safety of a channel nuclear reactor with a solid moderator and water as a coolant in case of loss of coolant (dehydration) at a power, since the associated decrease in reactivity leads to a decrease in power and a shutdown of the reactor even with CPS rods removed from the core;
- уменьшить неравномерность распределения нейтронов и улучшить баланс нейтронов и, следовательно, использовать в реакторе меньшую загрузку топлива и обеспечить его равномерное выгорание в процессе кампании;- reduce the uneven distribution of neutrons and improve the balance of neutrons and, therefore, use a smaller fuel load in the reactor and ensure its uniform burnup during the campaign;
- устранить необходимость использования дополнительных поглотителей в активной зоне и увеличить мощность реактора за счет их замены на тепловыделяющие сборки (ТВС);- eliminate the need to use additional absorbers in the core and increase the reactor power by replacing them with fuel assemblies (fuel assemblies);
- уменьшить высотную неравномерность энерговыделения и стабилизировать высотное распределение нейтронов от деформации при кипении теплоносителя, что повышает устойчивость работы реактора и обеспечивает более равномерное аксиальное выгорание.- reduce altitudinal unevenness of energy release and stabilize the altitudinal distribution of neutrons from deformation during boiling of the coolant, which increases the stability of the reactor and provides a more uniform axial burnup.
Это обеспечивает реактору внутреннюю ядерную безопасность, что приводит к его остановке даже в случае множественного разрыва контура с теплоносителем на мощности, например, при диверсии.This provides the reactor with internal nuclear safety, which leads to its shutdown even in the case of multiple rupture of the circuit with the coolant at power, for example, during sabotage.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003106720/06A RU2241263C1 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Thermal reactor core |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003106720/06A RU2241263C1 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Thermal reactor core |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003106720A RU2003106720A (en) | 2004-09-27 |
RU2241263C1 true RU2241263C1 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310507
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003106720/06A RU2241263C1 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Thermal reactor core |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2241263C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548024C2 (en) * | 2010-04-09 | 2015-04-10 | Гельмгольтц-Центрум Дрезден-Россендорф Е.Ф. | Sodium-cooled fast reactor core |
RU2694812C1 (en) * | 2018-10-10 | 2019-07-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Heterogeneous channel nuclear reactor on thermal neutrons |
CN111627573A (en) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 陈敏 | Absolute safety control system of nuclear power generation equipment |
-
2003
- 2003-03-11 RU RU2003106720/06A patent/RU2241263C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
US 6141397 A (HITACHI LTD), 31.10.2000. JP 52153095 (HITACHI LTD), 19.12.1977. RU 2153710 C1 (ОАО "МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД", ГУН НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГОТЕХНИКИ, РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР "КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ"), 27.07.2000. * |
ДОЛЛЕЖАЛЬ Н.А. и др. Канальный ядерный энергетический реактор. - М.: Атомиздат, 1980, с. 11-13, рис. 2.1. US 5940461 A (HITACHI LTD), 17.08.1999. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2548024C2 (en) * | 2010-04-09 | 2015-04-10 | Гельмгольтц-Центрум Дрезден-Россендорф Е.Ф. | Sodium-cooled fast reactor core |
RU2694812C1 (en) * | 2018-10-10 | 2019-07-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Heterogeneous channel nuclear reactor on thermal neutrons |
CN111627573A (en) * | 2019-02-27 | 2020-09-04 | 陈敏 | Absolute safety control system of nuclear power generation equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2407078C2 (en) | Improved control assembly of gray rods | |
US4777016A (en) | Fuel assembly | |
JP4559957B2 (en) | Reactor with fuel assembly and core loaded with this fuel assembly | |
RU2241263C1 (en) | Thermal reactor core | |
KR102605338B1 (en) | Doppler reactivity augmentation device | |
JPS58135989A (en) | Fuel assembly for bwr type reactor | |
KR20170117099A (en) | The fuel containing the neutron absorber mixture | |
US4871510A (en) | Fuel assembly and reactor core | |
RU76744U1 (en) | PROPELLED FUEL ASSEMBLY OF A CHANNEL NUCLEAR REACTOR WITH PROFILED FUEL | |
JPS60188880A (en) | Fuel aggregate for nuclear reactor | |
JPH04357493A (en) | Structure of fuel assembly | |
RU2214633C2 (en) | Fuel assembly, core, and operating process of water-cooled nuclear reactor | |
JP2839516B2 (en) | Boiling water reactor fuel assembly | |
JPH07181280A (en) | Atomic reactor | |
US3703437A (en) | Means for supporting fissile material in a nuclear reactor | |
JP2966877B2 (en) | Fuel assembly | |
JP2003107183A (en) | Mox fuel assembly for thermal neutron reactor | |
JPH07234295A (en) | Reactor core | |
JP2519686B2 (en) | Fuel assembly | |
JPH05188169A (en) | Control rod for adjusting volume of moderator | |
RU2120672C1 (en) | Nuclear reactor fuel assembly | |
JPH06273558A (en) | Fuel rod | |
RU1730956C (en) | Regulating rod of fast-neutron nuclear reactor | |
RU7238U1 (en) | NUCLEAR REACTOR REGULATING ROD ON FAST NEUTRONS (OPTIONS) | |
RU2548024C2 (en) | Sodium-cooled fast reactor core |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080312 |