RU2602836C1 - Assembly for nuclear reactor containing nuclear fuel and initiation system for input of at least one absorbing neutrons and/or softening consequences of emergency element - Google Patents
Assembly for nuclear reactor containing nuclear fuel and initiation system for input of at least one absorbing neutrons and/or softening consequences of emergency element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602836C1 RU2602836C1 RU2014126893/07A RU2014126893A RU2602836C1 RU 2602836 C1 RU2602836 C1 RU 2602836C1 RU 2014126893/07 A RU2014126893/07 A RU 2014126893/07A RU 2014126893 A RU2014126893 A RU 2014126893A RU 2602836 C1 RU2602836 C1 RU 2602836C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- assembly
- capsule
- input
- assembly according
- carrier assembly
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C9/00—Emergency protection arrangements structurally associated with the reactor, e.g. safety valves provided with pressure equalisation devices
- G21C9/02—Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency
- G21C9/027—Means for effecting very rapid reduction of the reactivity factor under fault conditions, e.g. reactor fuse; Control elements having arrangements activated in an emergency by fast movement of a solid, e.g. pebbles
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
- G21C7/08—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section by displacement of solid control elements, e.g. control rods
- G21C7/12—Means for moving control elements to desired position
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
- G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
- G21C1/04—Thermal reactors ; Epithermal reactors
- G21C1/06—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к смешанной сборке для ядерного реактора, содержащей ядерное топливо и, по меньшей мере, один компонент, подлежащий вводу в активную зону, изготовленный из материала, поглощающего нейтроны, и/или компонент, смягчающий последствия аварийной ситуации в случае полного расплавления активной зоны. Компонент, смягчающий последствия аварийной ситуации, изготовлен из материала, который способен формировать низкоплавкую эвтектику с материалом оболочки стержневых тепловыделяющих элементов сборки и, таким образом, предотвращает образование пробок, создающих препятствие для отвода расплава активной зоны или расплава материалов конструктивных компонентов активной зоны.The present invention relates to a mixed assembly for a nuclear reactor containing nuclear fuel and at least one component to be introduced into the core made of neutron-absorbing material and / or a component mitigating the consequences of an emergency in the event of complete core melting . The component mitigating the consequences of an emergency is made of a material that is capable of forming a low-melting eutectic with the sheath material of the rod heat-generating elements of the assembly and, thus, prevents the formation of plugs that impede the removal of molten core or molten core materials.
Уровень техникиState of the art
Сборка предназначена, в частности, для реакторов на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением, далее называемых SFRs.The assembly is intended, in particular, for sodium-cooled fast neutron reactors, hereinafter referred to as SFRs.
С целью регулирования работы активной зоны реактора или ослабления последствий нарушения работы реактора предусмотрен ввод в ядерный реактор компонентов, изготовленных из материалов, поглощающих нейтроны. Указанные компоненты могут представлять собой стержни, которые при штатном режиме работы подвешены над активной зоной. Когда возникает необходимость в снижении реактивности реактора, в активную зону вводятся компоненты, поглощающие нейтроны.In order to regulate the operation of the reactor core or mitigate the consequences of a malfunction of the reactor, components are introduced into the nuclear reactor made of materials that absorb neutrons. These components can be rods that are suspended over the core during normal operation. When it becomes necessary to reduce the reactivity of a reactor, neutron absorbing components are introduced into the core.
Нарушение работы ядерного реактора может быть связано, к примеру, с проблемой в системе охлаждения реактора, скажем, в первом контуре, поскольку может образоваться пробка, препятствующая циркуляции жидкого натрия в реакторе с натриевым теплоносителем. Таким образом, может происходить потеря стока тепла, то есть нарушение должного отвода тепла посредством системы охлаждения реактора.A disruption in the operation of a nuclear reactor can be associated, for example, with a problem in the cooling system of the reactor, for example, in the primary circuit, since a plug may form that impedes the circulation of liquid sodium in the reactor with a sodium coolant. Thus, a loss of heat sink can occur, that is, a violation of proper heat removal through the reactor cooling system.
Если в активную зону не вводить отрицательную реактивность, то последствия указанных нарушений работы реактора будут включать повышение температуры в активной зоне, приводящее к расплавлению одной или нескольких сборок, или даже к полному расплавлению активной зоны, что может вызвать нарушение целостности реактора.If negative reactivity is not introduced into the core, then the consequences of these malfunctions of the reactor will include an increase in temperature in the core, leading to the melting of one or more assemblies, or even to complete melting of the core, which may cause a violation of the integrity of the reactor.
Цель ввода поглощающих нейтроны компонентов в активную зону состоит в том, чтобы подавить нейтронную реакцию и стабилизировать активную зону реактора при выбранной температуре, удовлетворяющей принятым критериям предполагаемого нарушения работы реактора.The purpose of introducing neutron-absorbing components into the core is to suppress the neutron reaction and stabilize the reactor core at a selected temperature that meets the accepted criteria for the alleged malfunction of the reactor.
Кроме того, предусмотрено несколько избыточных, разнотипных и независимых систем останова реактора для поддержания максимальной безопасности при управлении реактором и для компенсации дефектов при штатном режиме работы.In addition, several redundant, heterogeneous, and independent reactor shutdown systems are provided to maintain maximum safety during reactor control and to compensate for defects during normal operation.
Применяемые прежде в реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFRs) системы останова, считающиеся традиционными, основаны на активных устройствах, в том смысле, что ввод поглощающих нейтроны компонентов инициируется внешним электрическим управлением или исчезновением электрического сигнала. Системы останова реактора, используемые до сих пор, имеют механический интерфейс и верхнюю заглушку корпуса.The shutdown systems previously used in sodium-cooled fast neutron reactors (SFRs), which are considered traditional, are based on active devices, in the sense that the input of neutron-absorbing components is initiated by external electrical control or by the disappearance of an electrical signal. Reactor shutdown systems used so far have a mechanical interface and an upper shell plug.
В реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFRs) нового поколения предусматривается дополнительная система останова реактора, применяемая при выходе из строя традиционных систем останова; конкретнее говоря, введение в действие указанных «экстренных» систем останова реактора осуществляется только при необходимости, а именно, после инициирования традиционных систем останова реактора. Исходя из диверсификации оборудования, а также с целью исключения риска отказа электрической аппаратуры, системы регулирования и логической системы, предусматривается использование пассивных устройств, в том смысле, что ввод поглощающих нейтроны компонентов непосредственно связан с физическим явлением, а не инициируется электрическим управлением. В этом качестве можно представить себе, например, инициирующие средства, чувствительные к изменению потока теплоносителя или к повышению температуры. Указанные пассивные устройства были подробно изучены, однако ни одно из них никогда еще не применялось в реакторе.Next-generation sodium-cooled fast neutron reactors (SFRs) provide an additional reactor shutdown system, which is used when traditional shutdown systems fail; more specifically, the introduction of these "emergency" reactor shutdown systems is carried out only if necessary, namely, after the initiation of traditional reactor shutdown systems. Based on the diversification of equipment, as well as to eliminate the risk of failure of electrical equipment, a regulatory system, and a logical system, the use of passive devices is provided, in the sense that the input of neutron-absorbing components is directly related to a physical phenomenon, and not initiated by electrical control. In this capacity, one can imagine, for example, initiating agents that are sensitive to a change in the flow of a coolant or to an increase in temperature. These passive devices have been studied in detail, but not one of them has ever been used in a reactor.
В документе FR 2230984 раскрывается тепловыделяющая сборка, имеющая корпус, вмещающий стержневые тепловыделяющие элементы, и аварийное устройство останова реактора. Устройство останова занимает часть пространства, которое обычно занимают стержневые тепловыделяющие элементы. Указанное устройство останова имеет герметичный кожух, который крепится к корпусу сборки. В устройстве останова реактора используется аргон, и применяются изготовленные из карбида бора продолговатые компоненты, подвешенные на тросе. Трос подвешен в герметичном кожухе на плавкой перемычке, чувствительной к температуре. Когда температура превышает пороговое значение, плавкая перемычка расплавляется и компоненты из карбида бора, высвобождаясь, падают на дно капсулы в активную зону. Поскольку кожух крепится к сборке, он механически не изолирован от нее и поэтому потенциально может быть деформирован в результате приложения механической нагрузки, нарушающей периодичность решетки, а именно, выгибающей и/или сминающей плоскую пластину сборки. Таким образом, создается препятствие для ввода компонента из карбида бора в активную зону.FR 2230984 discloses a fuel assembly having a housing accommodating rod fuel elements and an emergency reactor shutdown device. The stop device occupies a portion of the space that rod fuel elements typically occupy. The specified stop device has a sealed casing, which is attached to the housing of the assembly. Argon is used in the reactor shutdown device, and oblong components made of boron carbide suspended on a cable are used. The cable is suspended in a sealed enclosure on a temperature sensitive fuse jumper. When the temperature exceeds the threshold value, the fusible link melts and the components of boron carbide are released and fall to the bottom of the capsule in the active zone. Since the casing is attached to the assembly, it is not mechanically isolated from it and therefore can potentially be deformed as a result of applying a mechanical load that violates the periodicity of the lattice, namely, bending and / or creasing the flat plate of the assembly. Thus, an obstacle is created for introducing a component from boron carbide into the core.
Следовательно, необходимо повысить надежность описанного выше способа ввода указанной сборки.Therefore, it is necessary to increase the reliability of the above method of inputting the specified assembly.
Существуют две причины, не позволяющие убедиться в правильности работы аварийного устройства останова реактора: первая из них заключается в том, что система оснащена плавкой перемычкой одноразового действия, а вторая причина заключается в том, что аварийное устройство останова крепится к сборке и невозможно провести тестирование на заданную температуру срабатывания аварийного устройства останова на несущей тепловыделяющей сборке.There are two reasons for not ensuring the correct operation of the emergency shutdown device of the reactor: the first one is that the system is equipped with a one-time fused jumper, and the second reason is that the emergency shutdown device is attached to the assembly and it is impossible to test for a given operating temperature of the emergency stop device on the carrier fuel assembly.
Кроме того, поскольку кожух крепится к несущей тепловыделяющей сборке, невозможно отделить по сроку службы поглощающее устройство и несущую тепловыделяющую сборку. К тому же, трудно обращаться с поглощающим материалом на линии изготовления тепловыделяющей сборки и во время операций по демонтажу.In addition, since the casing is attached to the carrier fuel assembly, it is not possible to separate the absorbing device and the carrier fuel assembly by the service life. In addition, it is difficult to handle the absorbing material on the manufacturing line of the fuel assembly and during dismantling operations.
В документе FR 2251079 раскрывается защитное устройство для ядерного реактора с поглощающими компонентами, имеющими форму цилиндрических звеньев. Однако цилиндрическая форма звеньев не является оптимальной касательно надежности ввода, температурных аспектов и эффективности поглощения нейтронов.FR 2251079 discloses a protective device for a nuclear reactor with absorbing components in the form of cylindrical units. However, the cylindrical shape of the links is not optimal in terms of input reliability, temperature aspects, and neutron absorption efficiency.
В документе FR 2683667 раскрывается установка, работающая на ядерном топливе, в которую интегрировано пассивное защитное устройство. Пассивное защитное устройство содержит поглощающие компоненты в виде шаров, распределенных в плавкой матрице. При указанной конструкции, во-первых, наблюдается эффект выгибания в результате скопления шаров и, следовательно, механическая блокировка, снижающая надежность срабатывания устройства и ввода компонентов. Во-вторых, не регулируется расположение шаров в пределах пучков тепловыделяющих элементов, особенно в конце облучения, когда пучок под действием облучения может быть существенно деформирован в связи с радиационной ползучестью и распуханием под действием облучения. Кроме того, существует риск частичной или полной блокировки шарами пучка тепловыделяющих элементов, а также риск блокировки решеток, расположенных выше по потоку и ниже по потоку пучка, что противоречит основному правилу конструирования дополнительного защитного устройства, предназначенного обеспечивать защиту при маловероятных аварийных ситуациях, согласно которому при использовании дополнительного защитного устройства не допускается снижение уровня защиты, обеспечиваемого стандартной конструкцией. Однако, хотя в реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFRs) мгновенная полная блокировка (BTI) тепловыделяющей сборки рассматривается в качестве инициатора расплавления топлива, при стандартной конструкции активной зоны она относится к остаточному риску.FR 2683667 discloses a nuclear fuel installation in which a passive safety device is integrated. The passive protective device contains absorbing components in the form of balls distributed in a fusible matrix. With this design, firstly, there is an effect of bending as a result of the accumulation of balls and, therefore, mechanical blocking, which reduces the reliability of operation of the device and input components. Secondly, the arrangement of the balls within the bundles of fuel elements, especially at the end of the irradiation, when the beam under the action of irradiation can be substantially deformed due to radiation creep and swelling under the action of irradiation, is not regulated. In addition, there is a risk of partial or complete blocking by the balls of the beam of fuel elements, as well as the risk of blocking the gratings located upstream and downstream of the beam, which contradicts the basic rule of designing an additional protective device designed to provide protection in unlikely emergency situations, according to which the use of an additional protective device is not allowed to reduce the level of protection provided by the standard design. However, while in instant sodium-cooled fast reactors (SFRs), instantaneous total blocking (BTI) of the fuel assembly is considered to initiate fuel melting, with a standard core design, it is a residual risk.
В документе US 5,051,229 раскрывается термочувствительное срабатывающее устройство, обеспечивающее ввод поглотителя нейтронов в активную зону реактора, причем указанное устройство расположено в тепловыделяющей сборке. Реактивность и точность указанной системы весьма ограничены по отношению к изменениям температуры. Кроме того, при штатном режиме работы указанное устройство оказывает серьезное влияние на эффективность нейтронов активной зоны. Так как при штатном режиме работы система останова реактора должна оказывать минимальное влияние на эффективность нейтронов в активной зоне, объемная доля компонентов, функционирование которых связано с нейтронами (объемная доля поглотителя и топлива), на сборку должна быть максимизирована, чтобы минимизировались потери объемной доли топлива в активной зоне. Что касается сборок, предназначенных для систем регулирования, как правило, максимизируется объем поглотителя на сборку, чтобы в активной зоне было минимизировано количество позиций. Попытка оптимизации инициирования реактивности в конструкции смешанной сборки должна привести к минимизации снижения объемной доли топлива, по сравнению с силовой сборкой. Согласно документу US 5,051,229 не обеспечивается ни то ни другое, поскольку максимальная объемная доля топлива (сочетание пяти топливных капсул с одной капсулой поглотителя) значительно ниже, чем это возможно в стандартной тепловыделяющей сборке, и максимальная объемная доля поглотителя (сочетание пяти капсул поглотителя с одной топливной капсулой) значительно ниже, чем это возможно с регулирующими стержнями.US Pat. No. 5,051,229 discloses a thermosensitive triggering device for introducing a neutron absorber into the reactor core, said device being located in a fuel assembly. The reactivity and accuracy of this system is very limited in relation to temperature changes. In addition, during normal operation, this device has a serious impact on the efficiency of neutrons in the core. Since during normal operation the shutdown system of the reactor should have a minimal effect on the efficiency of neutrons in the core, the volume fraction of components whose functioning is related to neutrons (volume fraction of the absorber and fuel) should be maximized per assembly to minimize losses in the volume fraction of fuel in core. As for assemblies intended for control systems, as a rule, the absorber volume per assembly is maximized so that the number of positions in the core is minimized. An attempt to optimize reactivity initiation in a mixed assembly design should result in minimizing the reduction in the volume fraction of fuel compared to a power assembly. According to US Pat. No. 5,051,229, neither is provided, since the maximum volume fraction of fuel (a combination of five fuel capsules with one capsule of the absorber) is much lower than is possible in a standard fuel assembly, and the maximum volume fraction of the absorber (combination of five capsules of a absorber with one fuel capsule) is significantly lower than is possible with control rods.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в разработке сборки ядерного реактора, содержащей аварийную систему останова с пассивным инициированием, а именно, не связанную механически с верхней заглушкой корпуса и имеющую высокую точность, высокую надежность срабатывания и высокую надежность ввода, к тому же, приспособленную к многократным испытаниям на правильность функционирования, по мере необходимости.Thus, the objective of the present invention is to develop a nuclear reactor assembly containing an emergency shutdown system with passive initiation, namely, not mechanically associated with the upper plug of the body and having high accuracy, high response reliability and high input reliability, moreover, adapted to repeated tests for correct functioning, as necessary.
Упомянутая выше задача решена посредством сборки ядерного реактора, содержащей корпус, в котором расположены стержневые тепловыделяющие элементы и аварийная система останова, занимающая часть пространства, которое обычно занимают стержневые тепловыделяющие элементы, причем аварийная система останова содержит капсулу, продолжающуюся вдоль геометрической оси корпуса, указанная капсула съемным образом вставляется в оболочку, которая ограничивает полость (свободное пространство) с внутренней стороны стержневых тепловыделяющих элементов, при этом в капсуле подвешена подлежащая вводу сборка, которая является поглощающей нейтроны и/или смягчающей последствия аварийной ситуации.The aforementioned problem is solved by assembling a nuclear reactor containing a housing in which rod fuel elements and an emergency stop system are located, occupying a portion of the space that rod fuel elements usually occupy, and the emergency stop system containing a capsule extending along the geometric axis of the vessel, said capsule being removable is inserted into the shell, which limits the cavity (free space) from the inside of the rod fuel element Comrade, the capsule is suspended subject to entering the assembly, which is a neutron absorbing and / or mitigate the effects of an emergency.
Сборка содержит аварийную систему останова, механически отделенную от сборки, в этом случае систему можно разместить в требуемом положении и извлечь из корпуса сборки для проверки на правильность функционирования, а также для ремонта, переснаряжения или замены подлежащей вводу сборки, если чрезмерно снизилась отрицательная реактивность.The assembly contains an emergency shutdown system, mechanically separated from the assembly, in which case the system can be placed in the required position and removed from the assembly housing to check for proper functioning, as well as to repair, re-load or replace the assembly to be introduced if negative reactivity is excessively reduced.
Поскольку почти весь поток теплоносителя, циркулирующего в корпусе, проходит через устройство и, практически, равен потоку в стандартной тепловыделяющей сборке, оптимизирована как точность, так и надежность срабатывания системы инициирования ввода сборки. Срабатывание системы для ввода указанной сборки осуществляется быстрее и точнее, чем для ввода сборок, предназначенных преимущественно для поглотителя, так как мощность и расход подаваемого теплоносителя исключительно для тепловыделяющей или смешанной сборок значительно больше мощности и расхода подаваемого теплоносителя исключительно для поглощающей сборки.Since almost the entire flow of the coolant circulating in the housing passes through the device and is practically equal to the flow in a standard fuel assembly, both the accuracy and the reliability of operation of the assembly input initiation system are optimized. The operation of the system for introducing the indicated assembly is faster and more accurate than for introducing assemblies intended primarily for the absorber, since the power and flow rate of the supplied coolant exclusively for the heat-generating or mixed assemblies is much greater than the power and flow rate of the supplied coolant exclusively for the absorbent assembly.
Высвобождение подлежащей вводу сборки может инициироваться любым из физических свойств, реагирующих на аварийное состояние реактора.The release of the assembly to be introduced can be initiated by any of the physical properties that respond to the emergency state of the reactor.
Поток теплоносителя, либо поток нейтронов может использоваться для инициирования физических явлений, зависящих от типа наблюдаемого аварийного состояния, а именно, от потерь потока теплоносителя в реакторе и нестационарного режима при изменении реактивности.The heat carrier flux or the neutron flux can be used to initiate physical phenomena that depend on the type of emergency condition observed, namely, the losses of the coolant flow in the reactor and the unsteady state when reactivity changes.
В качестве инициирующего физического явления, предпочтительно, используется температура. Инициирующее устройство системы останова ректора может быть устройством магнитного типа, и подлежащая вводу сборка может высвобождаться при достижении температуры Кюри. Предпочтительно, действие указанного устройства может быть основано на относительном расширении, увеличении температуры теплоносителя, вызывающем высвобождение подлежащей вводу сборки, причем высвобождающее устройство находится непосредственно в потоке теплоносителя.Preferably, temperature is used as the initiating physical phenomenon. The initiating device of the rector stop system may be a magnetic type device, and the assembly to be introduced may be released when the Curie temperature is reached. Preferably, the action of said device can be based on relative expansion, increasing the temperature of the heat carrier, causing the assembly to be released, the release device being directly in the heat carrier flow.
Также, предпочтительно, аварийное устройство останова содержит средства, предотвращающие нежелательное падение подлежащей вводу сборки, которые препятствуют ее высвобождению, если температура теплоносителя не превысила заданного порогового значения.Also, preferably, the emergency stop device comprises means to prevent an undesired fall of the assembly to be introduced, which prevents it from being released if the temperature of the coolant does not exceed a predetermined threshold value.
Весьма предпочтительно, чтобы подлежащая вводу сборка содержала несколько компонентов приблизительно сферической формы, смонтированных на тросе с формированием гирлянды, благодаря чему повышается надежность ввода компонентов.It is highly preferred that the assembly to be introduced contains several approximately spherical components mounted on a cable to form a garland, thereby increasing the reliability of component input.
Предметом настоящего изобретения является несущая сборка для ядерного реактора, содержащая корпус, продольная ось которого ориентирована приблизительно вдоль вертикальной оси несущей сборки, зону деления, расположенную в нижней части корпуса, свободный объем, находящийся в верхней части корпуса, свободное пространство, которое находится в зоне деления и продолжается, по меньшей мере, частично по зоне деления вдоль продольной оси, то есть от конца зоны деления со стороны верхней части, оболочку, ограничивающую свободное пространство (полость), а также содержит систему инициирования ввода поглощающей сборки, причем указанная система инициирования ввода поглощающей сборки содержит капсулу, ориентированную вдоль продольной оси, в которой подвешена подлежащая вводу сборка, и устройство инициирования ввода поглощающей сборки, способное высвобождать указанную подлежащую вводу сборку при аварийном состоянии сборки, причем капсула частично вмещается в оболочку, к тому же, указанная система съемным образом устанавливается на несущей сборке, причем капсула содержит захватную головку, на которой смонтирована система инициирования ввода сборки, расположенная над оболочкой.The subject of the present invention is a carrier assembly for a nuclear reactor, comprising a vessel, the longitudinal axis of which is oriented approximately along the vertical axis of the carrier assembly, a fission zone located in the lower part of the casing, free space located in the upper part of the casing, free space which is in the fission zone and continues, at least partially along the division zone along the longitudinal axis, that is, from the end of the division zone from the upper part, the shell bounding the free space (along ), and also contains a system for initiating input of an absorbent assembly, said system for initiating input of an absorbent assembly comprising a capsule oriented along a longitudinal axis in which the assembly to be input is suspended, and a device for initiating input of an absorbent assembly capable of releasing said assembly to be input in an emergency assembly, and the capsule partially fits into the shell, moreover, the specified system is removable mounted on the carrier assembly, and the capsule contains a grip yu head, which is mounted on the assembly initiation system input located on the shell.
Устройство инициирования ввода поглощающей сборки, предпочтительно, расположено в верхней части верхней зоны корпуса.The input initiating device of the absorbent assembly is preferably located in the upper part of the upper zone of the housing.
Предпочтительно, свободное пространство находится в центральной части зоны деления, при этом продольная ось системы инициирования ввода несущей сборки коаксиальна оси сборки.Preferably, the free space is in the central part of the division zone, while the longitudinal axis of the system for initiating the introduction of the bearing assembly is coaxial to the axis of the assembly.
Подлежащая вводу сборка, может содержать компонент, поглощающий нейтроны, и/или компонент, смягчающий последствия аварийной ситуации.The assembly to be introduced may comprise a neutron absorbing component and / or a component mitigating the consequences of an emergency.
Продольный размер подлежащей вводу сборки может составлять, например, половину общего продольного размера капсулы.The longitudinal dimension of the assembly to be introduced may be, for example, half the total longitudinal size of the capsule.
Предпочтительно, капсула содержит средства, амортизирующие падение подлежащей вводу сборки в конце ее перемещения.Preferably, the capsule contains means that absorb the fall of the assembly to be introduced at the end of its movement.
Кроме того, на конце участка капсулы, расположенного в оболочке, могут быть выполнены отверстия для подачи теплоносителя.In addition, openings for supplying coolant can be made at the end of the capsule portion located in the shell.
Несущая сборка может содержать направляющие средства, обеспечивающие позиционирование системы инициирования ввода поглощающей сборки в зоне деления, расположенной в конце оболочки с той же стороны, где находится свободный объем несущей сборки.The carrier assembly may include guiding means for positioning the input initiation system of the absorbent assembly in the division zone located at the end of the shell on the same side as the free volume of the carrier assembly.
Корпус имеет, предпочтительно, шестиугольное поперечное сечение, оболочка имеет, предпочтительно, шестиугольное наружное поперечное сечение и шестиугольное или круглое внутреннее поперечное сечение, а капсула имеет круглое наружное поперечное сечение.The casing preferably has a hexagonal cross section, the casing preferably has a hexagonal outer cross section and a hexagonal or circular inner cross section, and the capsule has a circular outer cross section.
Предпочтительно, подлежащая вводу сборка содержит множество поглощающих элементов, соединенных шарнирно друг с другом, причем концевой поглощающий элемент формирует соединительную головку, взаимодействующую с удерживающими средствами устройства инициирования ввода поглощающей сборки. Компоненты, предпочтительно, скользят по тросу. Трос может быть изготовлен, к примеру, из плетеных металлических волокон или плетеных керамических волокон.Preferably, the assembly to be inserted comprises a plurality of absorbent elements pivotally connected to each other, wherein the end absorbent element forms a connecting head cooperating with holding means of the input initiating device of the absorbent assembly. The components preferably slide along the cable. The cable can be made, for example, of braided metal fibers or braided ceramic fibers.
Каждый из элементов имеет сферическую форму, что является наиболее предпочтительным.Each of the elements has a spherical shape, which is most preferred.
Несущая сборка может содержать средства амортизации, размещенные между элементами, по меньшей мере, одной пары.The carrier assembly may comprise depreciation means located between the elements of at least one pair.
Элементы могут быть сформированы, например, из нескольких поглощающих материалов. По меньшей мере, некоторые из элементов, могут быть изготовлены из первого поглощающего материала, а другие элементы могут быть изготовлены из второго поглощающего материала.Elements may be formed, for example, from several absorbent materials. At least some of the elements may be made of a first absorbent material, and other elements may be made of a second absorbent material.
Предпочтительный признак изобретения состоит в том, что элементы могут быть полыми, либо могут содержать центральную сердцевину и наружный кожух, которые изготовлены из разных материалов.A preferred feature of the invention is that the elements may be hollow, or may contain a central core and an outer casing, which are made of different materials.
Система инициирования ввода поглощающей сборки, предпочтительно, чувствительна к изменениям температуры. Предпочтительнее, действие системы инициирования ввода поглощающей сборки основано на относительном расширении.The input initiation system of the absorbent assembly is preferably sensitive to temperature changes. Preferably, the operation of the input initiation system of the absorbent assembly is based on relative expansion.
Например, система инициирования ввода поглощающей сборки содержит блокирующие средства, предотвращающие ввод сборки при температуре ниже рабочей температуры реактора.For example, the system for initiating input of the absorbent assembly contains blocking means that prevent the assembly from entering at temperatures below the operating temperature of the reactor.
Несущая сборка, предпочтительно, имеет средства, содержащие ультразвуковую телеметрическую аппаратуру для обнаружения ввода поглощающей сборки. Например, устройство инициирования ввода поглощающей сборки содержит часть, зафиксированную вдоль капсулы, и подвижную часть, перемещаемую в продольном направлении, причем капсула содержит средства, удерживающие подлежащую вводу сборку в подвешенном положении над зоной деления, причем указанная подлежащая вводу сборка может быть высвобождена под действием подвижной части, подвижная часть содержит блокирующие средства и средства, удерживающие подлежащую вводу сборку в подвешенном положении, а также средства высвобождения подлежащей вводу сборки из удерживающих средств, причем указанные блокирующие средства формируются, по меньшей мере, одной первой поверхностью, называемой стопорной поверхностью, а средства высвобождения подлежащей вводу сборки формируются, по меньшей мере, одной второй поверхностью, называемой освобождающей поверхностью, причем средства перемещения указанной стопорной поверхности и освобождающей поверхности расположены вдоль продольной оси, при этом указанные средства перемещения формируются корпусом, который может продольно расширяться относительно капсулы в результате повышения температуры теплоносителя, причем указанная стопорная поверхность и освобождающая поверхность позиционированы так, чтобы при повышении температуры теплоносителя стопорная поверхность перемещалась в осевом направлении от удерживающих средств, а освобождающая поверхность перемещалась в осевом направлении к удерживающим средствам; когда теплоноситель в реакторе имеет нормальную рабочую температуру, указанная стопорная поверхность перемещается от удерживающих средств, когда температура теплоносителя превышает пороговую температуру, происходит разблокировка удерживающих средств и освобождающая поверхность прикладывает осевое усилие к удерживающим средствам, в результате чего, подлежащая вводу сборка, высвобождается.The carrier assembly preferably has means comprising ultrasonic telemetry equipment for detecting input of the absorbent assembly. For example, the input initiating device of the absorbent assembly comprises a part fixed along the capsule and a movable part that is movable in the longitudinal direction, the capsule containing means holding the assembly to be introduced in a suspended position above the division zone, and the assembly to be introduced can be released by the action of the movable parts, the movable part contains blocking means and means holding the assembly to be introduced in a suspended position, as well as means of releasing the subject the input of the assembly from the holding means, said blocking means being formed by at least one first surface called the locking surface, and the release means of the assembly to be introduced are formed by at least one second surface called the releasing surface, the means for moving said locking surface and the release surface are located along the longitudinal axis, while these means of movement are formed by a housing that can expand longitudinally about in relative capsule by increasing the temperature of the coolant, said stop surface and riding surface positioned so that when the coolant temperature increase stop surface is moved axially from the retaining means, and liberating the surface is moved in the axial direction to the retaining means; when the coolant in the reactor has a normal operating temperature, said stopper surface moves away from the holding means, when the coolant temperature exceeds a threshold temperature, the holding means are released and the releasing surface exerts an axial force on the holding means, as a result of which the assembly to be introduced is released.
Средства обнаружения могут содержать, по меньшей мере, один ультразвуковой преобразователь, установленный над верхней частью капсулы, отражатель, установленный на верхней части капсулы и обращенный к преобразователю, при этом продольное положение отражателя регулируется в зависимости от положения подлежащей вводу сборки, а именно, удерживается или не удерживается подлежащая вводу сборка удерживающими средствами; указанный отражатель соединен с подлежащей вводу сборкой посредством продолговатого элемента, который способен свободно скользить вдоль расширенной области, проходя через верхнюю часть капсулы, и удерживает отражатель в неподвижном положении, опираясь на подлежащую вводу сборку до ее ввода.The detection means may include at least one ultrasonic transducer mounted above the upper part of the capsule, a reflector mounted on the upper part of the capsule and facing the transducer, the longitudinal position of the reflector being adjusted depending on the position of the assembly to be introduced, namely, it is held or the assembly to be entered is not held in by retaining means; said reflector is connected to the assembly to be introduced by means of an elongated element that is able to slide freely along the expanded area, passing through the upper part of the capsule, and holds the reflector in a fixed position, leaning on the assembly to be entered before its introduction.
Несущая сборка может содержать упругое средство, находящееся в сжатом состоянии до ввода сборки и разжимающееся при вводе сборки, при этом прикладывающее силу растяжения к продолговатому элементу для перемещения отражателя.The carrier assembly may comprise resilient means in a compressed state prior to introducing the assembly and expanding upon entering the assembly, while applying a tensile force to the elongated member to move the reflector.
Между корпусом и капсулой, предпочтительно, предусмотрен радиальный зазор, ограничивающий канал для теплоносителя, циркулирующего между корпусом и капсулой, причем корпус содержит отверстия для теплоносителя, циркулирующего в указанном канале.Between the housing and the capsule, preferably, there is provided a radial clearance defining the channel for the coolant circulating between the housing and the capsule, the housing comprising openings for the coolant circulating in said channel.
Например, удерживающие средства содержат, по меньшей мере, два и, предпочтительно, три фиксатора, распределенные вокруг продольной оси, которые установлены шарнирно на капсуле с возможностью перемещения в положение, приближенное к продольной оси, в котором подлежащая вводу сборка удерживается между фиксаторами, и в положение, отдаленное от продольной оси, для высвобождения подлежащей вводу сборки.For example, the holding means comprise at least two, and preferably three, latches distributed around the longitudinal axis, which are pivotally mounted on the capsule with the ability to move to a position close to the longitudinal axis, in which the assembly to be inserted is held between the latches, and a position remote from the longitudinal axis to release the assembly to be introduced.
Стопорная поверхность может представлять собой, например, поверхность, которая расположена в радиальном направлении снаружи фиксаторов и противодействует перемещению фиксаторов от продольной оси, а освобождающая поверхность может представлять собой, например, поверхность, которая расположена перпендикулярно продольной оси, при этом фиксаторы имеют криволинейную поверхность, с которой взаимодействует освобождающая поверхность для отдаления шарнирных фиксаторов от продольной оси.The locking surface may be, for example, a surface that is located in the radial direction outside the clamps and counteracts the movement of the clamps from the longitudinal axis, and the releasing surface may be, for example, a surface that is perpendicular to the longitudinal axis, while the clamps have a curved surface, with which interacts with the release surface to move the hinge clips from the longitudinal axis.
В качестве примера, корпус изготовлен из аустенитной стали, а капсула изготовлена из сплава на основе вольфрама, либо корпус изготовлен из механически упрочненной стали Z10 CNDT 15.15 В, а неподвижная часть изготовлена из сплава W-5Re.As an example, the case is made of austenitic steel, and the capsule is made of tungsten-based alloy, or the case is made of mechanically hardened steel Z10 CNDT 15.15 V, and the fixed part is made of W-5Re alloy.
Несущая сборка, предпочтительно, используемая в реакторе на быстрых нейтронах, охлаждаемом жидким металлом, предпочтительно, натрием, содержит поглотитель нейтронов, изготовленный из материала(ов), выбранного из нижеперечисленных: В4С с переменным обогащением 10В, металлический гафний, тугоплавкие материалы типа боридов, например HfB2 и ТiВ2, гексаборид европиия EuB6 или Eu2O3. Несущая сборка, используемая в водоохлаждаемом ядерном реакторе на тепловых нейтронах содержит поглотитель нейтронов, изготовленный из материала(ов), выбранных из нижеперечисленных: гафний, Dy11B6, Gd11B6, Sm11B6 и Er11B4, необработанный HfB2 и необработанный TiB2.The carrier assembly, preferably used in a fast reactor, cooled by a liquid metal, preferably sodium, contains a neutron absorber made of a material (s) selected from the following: B 4 C with a variable enrichment of 10 V, hafnium metal, refractory materials like borides, for example HfB 2 and TiB 2 , europium hexaboride EuB 6 or Eu 2 O 3 . The carrier assembly used in a water-cooled thermal neutron reactor contains a neutron absorber made of material (s) selected from the following: hafnium, Dy 11 B 6 , Gd 11 B 6 , Sm 11 B 6 and Er 11 B 4 , untreated HfB 2 and untreated TiB 2 .
Также предметом настоящего изобретения является ядерный реактор, содержащий сборки тепловыделяющих элементов и несущую сборку согласно изобретению.Another subject of the present invention is a nuclear reactor comprising assemblies of fuel elements and a support assembly according to the invention.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Настоящее изобретение будет лучше понятно после прочтения следующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи.The present invention will be better understood after reading the following description with reference to the accompanying drawings.
На фиг. 1 показан общий вид несущей сборки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащей систему инициирования ввода поглощающей сборки и комплект подвешенных поглощающих элементов.In FIG. 1 is a perspective view of a carrier assembly according to an exemplary embodiment of the present invention, comprising an input initiation system for an absorbent assembly and a set of suspended absorbent elements.
На фиг. 2 - вид сборки, представленной на фиг. 1, после ввода в активную зону комплекта поглощающих элементов.In FIG. 2 is a view of the assembly of FIG. 1, after entering into the active zone a set of absorbing elements.
На фиг. 3 - вид в разрезе сборки, представленной на фиг. 2, причем разрез выполнен по поглощающему элементу в зоне деления.In FIG. 3 is a sectional view of the assembly of FIG. 2, wherein the section is made along the absorbing element in the division zone.
На фиг. 4 - вид спереди системы инициирования ввода поглощающей сборки согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления изобретения, которая может использоваться в несущей сборке согласно настоящему изобретению, причем система инициирования ввода поглощающей сборки показана, например, при температуре позиционирования.In FIG. 4 is a front view of an input initiation system of an absorbent assembly according to a most preferred embodiment of the invention, which can be used in a carrier assembly according to the present invention, wherein an input initiation system of an absorbent assembly is shown, for example, at a positioning temperature.
На фиг. 5А - местный вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при температуре позиционирования.In FIG. 5A is a partial longitudinal sectional view of the system of FIG. 4, wherein the input initiating device of the absorbent assembly is shown at a positioning temperature.
На фиг. 5В - местный вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при рабочей температуре.In FIG. 5B is a partial longitudinal sectional view of the system of FIG. 4, wherein the input initiating device of the absorbent assembly is shown at operating temperature.
На фиг. 5С - вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при температуре срабатывания непосредственно перед вводом поглотителя в активную зону.In FIG. 5C is a longitudinal sectional view of the system of FIG. 4, wherein the device for initiating input of the absorbent assembly is shown at a response temperature immediately before the input of the absorber into the core.
На фиг. 5D - вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при температуре срабатывания в момент ввода поглотителя в активную зону.In FIG. 5D is a longitudinal sectional view of the system of FIG. 4, wherein the input initiating device of the absorbent assembly is shown at the response temperature at the time the absorber enters the core.
На фиг. 6 - вид сверху системы, представленной на фиг. 4.In FIG. 6 is a plan view of the system of FIG. four.
На фиг. 7 - вид в поперечном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем разрез выполнен по плоскости А-А, показанной на фиг. 5С.In FIG. 7 is a cross-sectional view of the system of FIG. 4, wherein the section is taken along the plane AA shown in FIG. 5C.
Используемые в нижеследующем описании термины «верхний» и «нижний» обозначают детали компонентов, расположенные в верхней и в нижней части рассматриваемых чертежей, соответственно расположению компонентов в реакторе. Термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» относятся к направлению циркуляции теплоносителя в сборке, то есть от нижней части к верхней части.As used in the following description, the terms “upper” and “lower” denote component parts located in the upper and lower parts of the drawings in question, corresponding to the arrangement of components in the reactor. The terms “upstream” and “downstream” refer to the direction of circulation of the coolant in the assembly, that is, from the bottom to the top.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
В приведенном описании термин «несущая сборка» относится к сборке согласно настоящему изобретению, содержащей как ядерное топливо, так и поглощающие компоненты, а термин «стандартная сборка» относится к сборке, содержащей только ядерное топливо.In the above description, the term "carrier assembly" refers to an assembly according to the present invention containing both nuclear fuel and absorbent components, and the term "standard assembly" refers to an assembly containing only nuclear fuel.
Кроме того, термин «штатный режим работы» относится к эксплуатации реактора при нормальных условиях, а термин «аварийное состояние» относится к состоянию реактора, при котором требуется ввод поглотителей для замедления или даже прекращения реакции. Например, при этом состоянии происходит рост температуры реактора, приводящий к увеличению температуры теплоносителя выше заданного температурного порога.In addition, the term "normal operation" refers to the operation of the reactor under normal conditions, and the term "emergency state" refers to the state of the reactor, which requires the introduction of absorbers to slow down or even stop the reaction. For example, in this state, the temperature of the reactor increases, leading to an increase in the temperature of the coolant above a given temperature threshold.
Кроме того, в нижеследующем описании подлежащая вводу сборка рассматривается как сборка, содержащая комплект компонентов, изготовленных из материала, поглощающего нейтроны, однако изобретение также применимо для подлежащей вводу сборки, содержащей комплект поглощающих элементов и/или смягчающих компонентов.In addition, in the following description, the assembly to be introduced is considered to be an assembly containing a set of components made of neutron-absorbing material, however, the invention is also applicable to an assembly to be introduced that contains a set of absorbing elements and / or softening components.
В общем, ядерный реактор содержит оболочку, в которую заключено множество тепловыделяющих сборок, расположенных рядом друг с другом. Тепловыделяющие сборки формируют активную зону ядерного реактора. Теплоноситель циркулирует в указанных сборках и между сборками для извлечения тепла, выработанного ядерным топливом, формируя первичный контур. Сборки содержат ядерное топливо, например, распределенное в стержневых тепловыделяющих элементах. Область сборки, в которой содержится ядерное топливо, называют зоной деления.In general, a nuclear reactor comprises a shell in which a plurality of fuel assemblies are arranged adjacent to each other. Fuel assemblies form the core of a nuclear reactor. The coolant circulates in these assemblies and between assemblies to extract heat generated by nuclear fuel, forming a primary circuit. The assemblies contain nuclear fuel, for example, distributed in the rod fuel elements. The assembly area, which contains nuclear fuel, is called the fission zone.
Несущая сборка А согласно настоящему изобретению, представленная на фиг. 1 и фиг. 2, содержит корпус 40 с продольной осью X1, который имеет цилиндрическую форму и шестиугольное поперечное сечение. Как правило, в реакторе на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFR) сборки имеют шестиугольное наружное поперечное сечение. В реакторах других типов могут использоваться сборки, имеющие наружное поперечное сечение другой формы, например, круглой или прямоугольной формы.The carrier assembly A of the present invention shown in FIG. 1 and FIG. 2, comprises a
Несущая сборка согласно изобретению используется вместо одной из стандартных тепловыделяющих сборок. В реакторе может использоваться несколько несущих сборок согласно изобретению.The carrier assembly according to the invention is used instead of one of the standard fuel assemblies. Several support assemblies according to the invention may be used in the reactor.
Корпус 40 имеет центральную часть 42, называемую зоной деления, в которой расположены стержневые тепловыделяющие элементы 41. Корпус 40 имеет нижнюю часть, обеспечивающую удержание сборки в реакторе и называемую держателем 44 сборки, причем держатель 44 сборки сконструирован с возможностью установки в опоре, называемой концевой платформой. Корпус 40 также имеет открытую верхнюю часть 48.The
В держателе 44 сборки выполнены отверстия 46 для подвода теплоносителя, которые обеспечивают поступление подаваемого теплоносителя в сборку.In the
Теплоноситель, отводящий тепло, создаваемое стержневыми тепловыделяющими элементами, нагнетается насосами и проходит в несущей сборке А от основания к верхней части, как показано стрелкой F. Теплоноситель также циркулирует вне несущей сборки, между стандартными сборками и несущими сборками, в так называемых, межсборочных зонах.The heat carrier that removes the heat generated by the rod heat-generating elements is pumped and passes in the carrier assembly A from the base to the upper part, as shown by arrow F. The heat carrier also circulates outside the carrier assembly, between standard assemblies and bearing assemblies, in the so-called interassembly zones.
Несущая сборка также содержит полость (свободное пространство) 52, продольная ось которой продолжается по всей высоте стержневых тепловыделяющих элементов 41. Указанная полость 52 ограничена оболочкой 54, наружное поперечное сечение которой подобно поперечному сечению корпуса. Оболочка 54 поддерживает описываемую далее систему SI инициирования ввода поглощающей сборки в пучке стержневых тепловыделяющих элементов, придавая пучку стержневых тепловыделяющих элементов когерентную конфигурацию. Таким образом, в реакторе на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFR) оболочка 54 имеет шестиугольное наружное поперечное сечение, подобное поперечному сечению корпуса. В примере, показанном на фиг. 4, оболочка 54 имеет круглое наружное поперечное сечение. Следует отметить, внутреннее поперечное сечение оболочки 54 может быть шестиугольным.The carrier assembly also contains a cavity (free space) 52, the longitudinal axis of which extends along the entire height of the
В представленном примере ось полости 52 располагается на одной линии с осью сборки, что является предпочтительным и будет описываться далее. Оболочка 54 занимает пространство, обычно занимаемое двумя кольцами стержневых тепловыделяющих элементов.In the presented example, the axis of the
В нижнем конце оболочки 54 выполнено одно или несколько отверстий для подачи теплоносителя.At the lower end of the
Несущая сборка согласно настоящему изобретению также содержит систему SI инициирования ввода поглотителя нейтронов, указанная система SI включает устройство аварийного останова реактора в случае аварийной ситуации. Указанная система SI содержит устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки и поглощающую сборку 2, содержащую комплект поглотителей, причем указанный комплект поглотителей в штатном режиме работы поддерживается в подвешенном состоянии при помощи устройства DI инициирования ввода поглощающей сборки, а при возникновении аварийной ситуации высвобождается.The carrier assembly according to the present invention also comprises a neutron absorber input initiation SI system, said SI system including an emergency shutdown device in the event of an emergency. Said SI system comprises a device DI for initiating input of an absorbent assembly and an
Система SI инициирования ввода поглощающей сборки съемно установлена в оболочке 54. Между системой SI инициирования ввода поглощающей сборки и сборкой не предусмотрены какие-либо крепежные средства.The SI system for initiating the input of the absorbent assembly is removably mounted in the
В представленном на фиг. 4 примере система SI инициирования ввода поглощающей сборки содержит капсулу 10, представляющую собой трубчатое тело с продольной осью X и круглым поперечным сечением. В данном примере, как уже упоминалось, оболочка 54 имеет круглое внутреннее поперечное сечение, а капсула 10 тоже имеет круглое внутреннее поперечное сечение.In the embodiment of FIG. 4 example, the SI system for initiating the input of the absorbent assembly contains a
Капсула 10 имеет верхнюю зону ZI, вмещающую поглощающую сборку 2, подвешенную в устройстве DI инициирования ввода поглощающей сборки, которое располагается вблизи стержневых тепловыделяющих элементов, когда система установлена в сборке, как показано на фиг. 1. Кроме того, капсула 10 имеет нижнюю зону ZII, которая вмещается в оболочку 54, и располагается, таким образом, в зоне деления, окруженная стержневыми тепловыделяющими элементами. После высвобождения сборка 2 располагается в нижней зоне ZII (фиг. 2). Чтобы нижняя зона ZII капсулы 10 вмещалась в оболочку 54, диаметр нижней зоны ZII немного меньше внутреннего диаметра оболочки 54.The
Наряду с тем, что оболочка 54 ограничивает полость для капсулы 10, она также обеспечивает улучшенную механическую изоляцию системы SI инициирования ввода поглощающей сборки от самой сборки, так как жесткая конструкция оболочки защищает систему SI инициирования ввода поглощающей сборки от распухающих под действием радиации стержней. Таким образом, обеспечивается механическая изоляция и сохранение шага решетки.While the
Капсула 10 также содержит захватную головку 13, которая используется для позиционирования капсулы 10 и, соответственно, для позиционирования системы SI инициирования ввода поглощающей сборки. Как показано на фиг. 4, захватная головка 13 содержит средства для захвата внешним манипулятором (не показано). Верхняя часть капсулы 10 удерживается в несущей сборке.The
Теплоноситель, например жидкий натрий, циркулирует в сборке вдоль продольной оси X от основания до верхней части.A coolant, such as liquid sodium, circulates in the assembly along the longitudinal axis X from the base to the top.
В нижней части капсулы 10 выполнены входные отверстия, используемые для заполнения капсулы 10 теплоносителем, указанные входные отверстия снабжены мембранными клапанами, обеспечивающими существенное снижение давление потока. Таким образом, независимо от размера выходных отверстий, выполненных в верхней части капсулы 10, обеспечивается заполнение капсулы без создания сильного потока. Поскольку сборка 2, предпочтительно, имеет малую массу, а жидкий натрий обладает высокой вязкостью, поток теплоносителя в капсуле должен быть слабым насколько это возможно, чтобы не замедлялось падение компонента, поглощающего нейтроны, то есть не увеличивалась продолжительность его падения.The inlet openings are used in the lower part of the
Как показано в представленном примере, наверху оболочки 54 имеется кольцевой элемент 61, предусмотренный для центрирования при монтаже системы инициирования ввода поглощающей сборки, что является предпочтительным; кроме того, указанный кольцевой элемент 61 обеспечивает теплогидравлический эффект при смешивании выходного потока из оболочки с выходным потоком из пучка стержневых тепловыделяющих элементов, то есть обеспечивается смешивание указанных потоков, благодаря которому поддерживается равномерная температуры теплоносителя, окружающего расширяющийся корпус системы. Капсула 10 подвешена за верхнюю часть, при этом нижний конец капсулы не поддерживается корпусом. На фиг. 3 показан вид в разрезе сборки, представленной на фиг. 1, причем разрез выполнен по поглощающей сборке 2 в зоне деления. На чертеже показано относительное расположение стержневых тепловыделяющих элементов 41, оболочки 54, капсулы 10 и поглощающего элемента 4 сборки 2.As shown in the presented example, at the top of the
Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки используется в случае аварийной ситуации для ввода поглотителя нейтронов. Аварийная ситуация, в зависимости от типа, может быть обнаружена, например, по изменению потока теплоносителя или по изменению нейтронного потока. Предпочтительно, аварийная ситуация может быть обнаружена по превышению заданного температурного порога теплоносителя внутри сборки, что непосредственно связано с основными факторами аварийной ситуации, а именно, с падением расхода теплоносителя реактора, падением теплоотвода во втором контуре и нестационарным режимом при изменении реактивности. Указанные три фактора аварийной ситуации могут вызвать повышение температуры теплоносителя, в то время как, например, по изменению расхода теплоносителя можно судить только об одном факторе аварийной ситуации.An emergency assembly input initiating device DI is used in an emergency to input a neutron absorber. An emergency, depending on the type, can be detected, for example, by a change in coolant flow or by a change in neutron flux. Preferably, an emergency can be detected by exceeding a predetermined temperature threshold of the coolant inside the assembly, which is directly related to the main factors of the emergency, namely, a decrease in the flow rate of the reactor coolant, a drop in the heat sink in the secondary circuit and an unsteady state when reactivity changes. These three factors of an emergency can cause an increase in the temperature of the coolant, while, for example, only one factor of the emergency can be judged by a change in the flow of the coolant.
На фиг. 2, фиг. 4, фиг. 5А-5D и фиг. 6, показан наиболее предпочтительный иллюстративный вариант устройства инициирования ввода поглощающей сборки, применяемого в несущей сборке согласно настоящему изобретению, причем принцип действия устройства основан на относительном расширении.In FIG. 2, FIG. 4, FIG. 5A-5D and FIG. 6, the most preferred illustrative embodiment of an input initiation device of an absorbent assembly used in a carrier assembly according to the present invention is shown, the principle of operation of the device based on relative expansion.
Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки сконструировано так, чтобы во время штатного режима работы поглощающая сборка 2 удерживалась над зоной деления, а при возникновении аварийной ситуации поглощающая сборка 2 высвобождалась.The input assembly input device DI of the absorbent assembly is designed so that during normal operation, the
Как показано в представленном примере, предпочтительно, поглощающая сборка 2 содержит множество компонентов 4, которые изготовлены из материала, поглощающего нейтроны, имеют сферическую или приблизительно сферическую форму и скользят по тросу 6 (показанному пунктирной линией), формируя гирлянду. Указанный комплект поглощающих элементов подробно рассматривается в остальной части описания.As shown in the presented example, preferably, the
Верхний концевой компонент 2.1 отличается от других компонентов тем, что конструктивно взаимодействует с устройством инициирования ввода поглощающей сборки. Концевой компонент 2.1, сужаясь к концу относительно боковой поверхности, формирует соединительную головку и имеет широкое основание, направленное к компонентам сферической формы.The upper end component 2.1 differs from other components in that it interacts constructively with the input initiation device of the absorbent assembly. The end component 2.1, tapering toward the end relative to the lateral surface, forms a connecting head and has a wide base directed towards the components of a spherical shape.
Форма компонентов 4 никоим образом не является ограничительной, приемлемо использование удлиненных компонентов, таких как цилиндры вращения. Однако по надежности ввода компоненты, имеющие цилиндрическую форму, существенно уступают компонентам, имеющим сферическую форму.The shape of the
Шарнирная конструкция компонентов, формирующих гирлянду, также никоим образом не является ограничительной, подходящей является конструкция, сформированная, например, из одного или нескольких стержней, подобных регулирующим стержням и изготовленных из поглощающего материала. Однако по надежности ввода поглощающая сборка, содержащая цилиндрические компоненты, существенно уступает сборке, содержащей шарнирные компоненты, формирующие гирлянду.The hinged design of the components forming the garland is also not in any way restrictive; a structure formed, for example, of one or more rods, like control rods and made of absorbent material, is suitable. However, in terms of input reliability, an absorbent assembly containing cylindrical components is significantly inferior to an assembly containing hinged components forming a garland.
Теплоноситель, например жидкий натрий, циркулирует в сборке вдоль продольной оси X от основания до верхней части.A coolant, such as liquid sodium, circulates in the assembly along the longitudinal axis X from the base to the top.
Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки расположено вблизи верхней зоны ZI капсулы. Устройство DI содержит средства 11, удерживающие сборку 2, средства блокировки удерживающих средств 11 и средства пассивной активации, высвобождающие сборку 2 в аварийной ситуации.The device DI initiating input of the absorbent assembly is located near the upper zone ZI of the capsule. The DI device comprises means 11 holding the
Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки имеет форму тела вращения с продольной осью X.The input initiation device DI of the absorbent assembly has the shape of a body of revolution with a longitudinal axis X.
Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки имеет корпус 19, в нижней части которого закреплен верхний по потоку конец капсулы 10, если рассматривать в направлении циркуляции теплоносителя от основания к верхней части, а также имеет регулирующую головку 18, закрепленную на верхней части корпуса 19 и продолжающуюся от корпуса в осевом направлении.The input assembly input device DI of the absorbent assembly has a
Регулирующая головка 18 установлена с возможностью свободного скольжения вокруг капсулы 10. Предусмотрен радиальный зазор между наружным диаметром капсулы и внутренним диаметром регулирующей головки 18.The
Удерживающие средства 11 также содержат фиксаторы 20, установленные шарнирно на верхней части корпуса капсулы 10.The retaining means 11 also comprise
Регулирующая головка 18 и фиксаторы 20, предпочтительно, расположены в отдалении от активной зоны, а именно, в области верхней части капсулы 10, где нейтронный поток является минимальным.The adjusting
Предпочтительно, предусмотрено три фиксатора 20, размещенных под углом приблизительно 120° относительно друг друга, благодаря чему обеспечивается равномерная поддержка сборки. Однако вместо трех фиксаторов может быть предусмотрено только два фиксатора, либо большее количество фиксаторов. В положении удержания сборки фиксаторы 20 наклонены к продольной оси X.Preferably, three
Каждый фиксатор 20 имеет первый продольный конец 20.1, закрепленный шарнирно на корпусе капсулы 10 с возможностью поворота вокруг оси Y, ортогональной продольной оси X, и второй продольный конец 20.2, формирующий опорную поверхность, контактирующую с соединительной головкой 2.1. Капсула 10 содержит продольные прорези, в которые входит второй конец 20.2 каждого фиксатора 20, располагаясь, таким образом, внутри капсулы 10.Each
Предпочтительно, второй конец 20.2 каждого фиксатора содержит канавку 22, ограниченную двумя поверхностями 22.1 и 22.2, которые особенно хорошо видны на фиг. 5С. Поверхность 22.1 вступает в контакт с широким основанием соединительной головки 2.1, а поверхность 22.2 вступает в контакт с боковой поверхностью, как показано на фиг. 5А-5С.Preferably, the second end 20.2 of each retainer comprises a
Регулирующая головка 18 поддерживает средства блокировки фиксаторов 20 в положении фиксации сборки 2, то есть в положении наклона к продольной оси X.The adjusting
Средства блокировки содержат стопоры 24, располагаемые радиально снаружи фиксаторов 20 и препятствующие перемещению фиксаторов из их положения фиксации. В представленном примере концевой участок 20.3 каждого фиксатора 20 имеет носик, обращенный к стопорной поверхности 24. Между носиком и стопорной поверхностью 24, предпочтительно, предусмотрен радиальный зазор, предотвращающий трение и риск заклинивания.The locking means include
В представленном примере стопорные поверхности 24 поддерживаются единственной кольцевой поверхностью, сформированной внутри регулирующей головки 18 и имеющей ось X. В представленном примере указанная поверхность расположена по потоку ниже осей вращения фиксаторов на капсуле 10, если рассматривать в направлении циркуляции теплоносителя от основания к верхней части.In the presented example, the locking surfaces 24 are supported by a single annular surface formed inside the
Кроме того, регулирующая головка 18 поддерживает пассивные средства, срабатывающие на высвобождение сборки 2 в аварийной ситуации. Указанные пассивные средства сформированы освобождающими поверхностями 26, ориентированными вдоль поперечной плоскости, например, перпендикулярно продольной оси, которые вступают в контакт с фиксаторами 20 и прикладывают к ним осевое усилие, принуждая фиксаторы поворачиваться вокруг оси вращения.In addition, the
Упорные поверхности 26 контактируют с криволинейными поверхностями 28 фиксаторов 20, располагаемыми радиально внутрь от оси вращения фиксаторов 20.The thrust surfaces 26 are in contact with the
В представленном примере упорные поверхности 26 расположены выше по потоку от осей вращения фиксаторов 20 на капсуле 10, если рассматривать в направлении циркуляции теплоносителя от основания к верхней части.In the presented example, the abutment surfaces 26 are located upstream of the axis of rotation of the
В представленном примере по внутренней периферии регулирующей головки 18 выполнены углубления 30, в которые вмещаются фиксаторы 20.In the presented example, recesses 30 are made on the inner periphery of the adjusting
На наружной поверхности трубчатого корпуса капсулы 10 предусмотрены три радиально выступающие опоры 32, поддерживающие оси вращения фиксаторов 20.On the outer surface of the tubular body of the
Указанные пассивные средства сформированы с помощью корпуса 19 и регулирующей головки 18. Корпус 19 и регулирующая головка 18 изготовлены из материала с высоким коэффициентом теплового расширения, превышающего и, предпочтительно, намного превышающего, коэффициент теплового расширения материала, из которого изготовлена капсула 10.These passive means are formed using the
Как показано на фиг. 4-5D, предусмотрен такой внутренний диаметр корпуса 19, чтобы между корпусом и наружной поверхностью капсулы 10 создавался канал для прохождения теплоносителя. В корпусе 19 и в деталях выше и ниже по потоку выполнены отверстия 36 для подачи и отвода теплоносителя.As shown in FIG. 4-5D, an inner diameter of the
Например, радиальное расстояние между корпусом и капсулой составляет порядка от одного до нескольких сантиметров, благодаря чему между внутренней поверхностью корпуса 19 и наружной поверхностью капсулы 10 обеспечивается циркуляция значительной части потока теплоносителя. В этом случае температура системы близка к температуре теплоносителя, что способствует высокой точности срабатывания системы.For example, the radial distance between the body and the capsule is on the order of one to several centimeters, due to which a significant part of the coolant flow is circulated between the inner surface of the
Весьма предпочтительно, чтобы осевой размер корпуса 19 был достаточно большим, и создавалась большая область теплообмена с теплоносителем, сглаживающая возможные локальные неоднородности температуры, в результате чего, может быть повышена надежность срабатывания системы.It is highly preferable that the axial size of the
В нижней зоне ZII капсулы предусмотрены средства для амортизации падения поглощающего нейтроны материала в конце его перемещения. Например, указанная амортизация обеспечивается за счет уменьшения диаметрального зазора между поглощающей сборкой и нижней частью капсулы.In the lower zone of the ZII capsule, means are provided to absorb the fall of the neutron-absorbing material at the end of its movement. For example, the specified depreciation is ensured by reducing the diametrical gap between the absorbent assembly and the lower part of the capsule.
Далее будет описываться работа устройства DI инициирования ввода поглощающей сборки согласно предпочтительному, но неограничительному, иллюстративному варианту осуществления изобретения.Next will be described the operation of the device DI initiate input of the absorbent assembly according to a preferred, but not restrictive, illustrative embodiment of the invention.
При эксплуатации в зависимости от температуры различаются четыре основных состояния устройства инициирования ввода поглощающей сборки согласно настоящему изобретению:During operation, four main states of the device are distinguished depending on the temperature of the input initiating device of the absorbent assembly according to the present invention:
- состояние монтажа (системы SI в несущей сборке) при температуре окружающей среды, например 20°С, которую называют «температурой монтажа»;- the state of installation (SI system in the carrier assembly) at ambient temperature, for example 20 ° C, which is called the "installation temperature";
- состояние позиционирования (согласование несущей сборки, с системой SI в активной зоне ядерного реактора) при температуре порядка от 180°С до 250°С, которую называют «температурой позиционирования»;- the positioning state (matching the carrier assembly with the SI system in the core of a nuclear reactor) at a temperature of about 180 ° C to 250 ° C, which is called the "positioning temperature";
- рабочее состояние при рабочей температуре, достигающей порядка 550°С, когда в процессе эксплуатации сборка находится в активной зоне;- operating condition at a working temperature reaching about 550 ° C, when the assembly is in the active zone during operation;
- состояние срабатывания при пороговой температуре, например порядка 660°С, согласно настоящему изобретению, при которой необходим ввод поглощающего материала в активную зону.- the response state at a threshold temperature, for example of the order of 660 ° C., according to the present invention, in which it is necessary to introduce absorbent material into the core.
Состояние монтажа не показано, но оно весьма подобно состоянию, показанному на фиг. 5А. В состоянии монтажа не происходит тепловое расширение различных компонентов системы инициирования ввода поглощающей сборки, следовательно, они не деформируются. Фиксаторы 20 поддерживают сборку 2. Стопорные поверхности 24 обращены к носикам 20.3 фиксаторов 20, а упорные поверхности 26 отдалены от криволинейных поверхностей 28 фиксаторов. Таким образом, фиксаторы 20 находятся в заблокированном положении, и сборка 2 не может быть высвобождена. Система может быть позиционирована полностью безопасно и отсутствует какой-либо риск нежелательного ввода сборки в пучок стержневых тепловыделяющих элементов.The mounting state is not shown, but it is very similar to the state shown in FIG. 5A. In the installation state, thermal expansion of the various components of the input initiation system of the absorbent assembly does not occur; therefore, they are not deformed. The
В состоянии позиционирования система инициирования ввода поглощающей сборки занимает требуемое местоположение в несущей сборке, которая установлена в реакторе. Под действием температуры в реакторе происходит относительное расширение капсулы 10 и сборки, включающей корпус 19 и регулирующую головку 18, поскольку материал капсулы 10 и материал, из которого изготовлены корпус 19 и регулирующая головка 18, имеют разные коэффициенты теплового расширения. Таким образом, капсула 10 и сборка, включающая корпус 19 и регулирующую головку 18, деформируются по-разному, в результате чего происходит относительное смещение стопорных поверхностей 24 и упорных поверхностей 26, поддерживаемых регулирующей головкой 18, по отношению к фиксаторам 20.In the positioning state, the input initiation system of the absorbent assembly occupies the desired location in the carrier assembly that is installed in the reactor. Under the influence of temperature in the reactor, relative expansion of the
Таким образом, в состоянии позиционирования, показанном на фиг. 5А, наблюдается незначительное удлинение элементов системы инициирования ввода поглощающей сборки. Указанная деформация происходит, главным образом, вдоль продольной оси.Thus, in the positioning state shown in FIG. 5A, there is a slight elongation of the elements of the input initiation system of the absorbent assembly. The specified deformation occurs mainly along the longitudinal axis.
Однако в состоянии позиционирования, сравнительно с состоянием монтажа, наблюдается такое относительное расширение компонентов системы, что, несмотря на перемещение стопорных поверхностей 24 относительно фиксаторов 20, стопорные поверхности все еще частично обращены к носикам фиксаторов 20 и все еще блокируют фиксаторы, занимающие положение удержания поглощающей сборки 2. Следовательно, фиксаторы 20 поддерживают сборку 2. Соответственно, сборка 2 не может быть высвобождена. Таким образом, система может быть позиционирована совершенно безопасно, без какого-либо риска нежелательного ввода сборки в пучок стержневых тепловыделяющих элементов.However, in the positioning state, compared with the installation state, there is such a relative expansion of the system components that, despite the movement of the locking surfaces 24 relative to the
Рабочее состояние показано на фиг. 5В. Различные элементы системы инициирования ввода поглощающей сборки погружены в теплоноситель при рабочей температуре. Корпус 19 окружен теплоносителем посредством канала, сформированного между корпусом 19 и капсулой 10, и, соответственно, чувствителен к рабочему состоянию сборки.The operating state is shown in FIG. 5B. Various elements of the initiation system of the input of the absorbent assembly are immersed in the coolant at the operating temperature. The
В связи с тепловым расширением при повышении температуры теплоносителя от температуры позиционирования до рабочей температуры, происходит увеличение деформации элементов системы инициирования ввода поглощающей сборки. При рабочей температуре происходит такое относительное расширение корпуса 19 и капсулы 10, что стопорные поверхности 24 больше не обращены к носикам фиксаторов 20, вследствие чего, фиксаторы 20 разблокируются. Упорные поверхности 26 непосредственно вступают в контакт с криволинейными поверхностями 28, в результате чего, фиксаторы 20, находящиеся в положении удержания сборки 2, отклоняются к продольной оси.Due to thermal expansion with increasing coolant temperature from the positioning temperature to the operating temperature, the deformation of the elements of the initiation system of the input of the absorbing assembly increases. At operating temperature, there is a relative expansion of the
При повышении температуры теплоносителя от рабочей температуры до температуры срабатывания продолжается удлинение элементов. Упорные поверхности 26 прикладывают направленное продольно вверх осевое усилие к криволинейным поверхностям 28 фиксаторов 20, в результате чего, фиксаторы 20 отклоняются наружу. Поворот фиксаторов 20 вокруг оси Y вызывает осевое смещение сборки 2 вверх. Благодаря указанному рабочему перемещению устройства инициирования ввода поглощающей сборки, например, соединительной части сборки 2 относительно корпуса капсулы 10, происходит нарушение любого сцепления подвижных частей с неподвижными частями, вызванного окислением или скоплением примесей.With increasing temperature of the coolant from the operating temperature to the response temperature, the elongation of the elements continues. The thrust surfaces 26 exert axially directed longitudinally upward force on the
Состояние срабатывания устройства при достижении температурного порога, то есть состояние, при котором высвобождается сборка 2, показано на фиг. 5С (непосредственно перед высвобождением сборки) и на фиг. 5D (во время ввода сборки). На фиг. 5С фиксаторы 20 показаны в заключительной фазе поворота, при этом сборка 2 практически высвобождена. На фиг. 5D фиксаторы показаны в полностью отклоненном положении, в результате чего сборка 2 высвобождается и опускается в активную зону.The response state of the device when the temperature threshold is reached, that is, the state in which
Ввод поглощающих элементов подавляет нейтронную цепную реакцию, благодаря чему в ближайшей перспективе предотвращается расплавление активной зоны.The input of absorbing elements suppresses the neutron chain reaction, due to which, in the near future, core melting is prevented.
В течение достаточно длительного периода времени гарантировано подавление температуры с сохранением целостности основных опорных конструкций активной зоны, что позволяет выполнять корректирующие действия.Over a sufficiently long period of time, temperature suppression is guaranteed while maintaining the integrity of the main supporting structures of the core, which allows for corrective actions.
Как упомянуто выше, корпус 19 и регулирующая головка 18 устройства инициирования ввода поглощающей сборки изготовлены из материала с высоким коэффициентом теплового расширения, например, из стали, конкретнее, из аустенитной стали, которая подобна механически упрочненной стали Z10 CNDT 15.15 В (15/15 Ti), используемой для изготовления оболочки стержневого тепловыделяющего элемента. Сплав на основе вольфрама, например сплав W-5Re, то есть содержащий 5% рения может быть выбран для изготовления капсулы 10, поскольку материал, используемый для изготовления капсулы, должен иметь коэффициент теплового расширения значительно ниже коэффициента теплового расширения материала, используемого для изготовления корпуса 19 и регулирующей головки 18. В качестве подходящего материала может рассматриваться сплав, такой как W с оксидно-дисперсионным упрочнением. Кроме низкого коэффициента теплового расширения преимущество вольфрама состоит в том, что он распухает незначительно под действием облучения при рассматриваемых температурах, благодаря его жаростойким свойствам. Предпочтительно, сплав W-5Re также имеет приемлемую пластичность согласно рассматриваемым конструктивным нормам. Как вариант, сплав Z10 CNDT 15.15 В может быть выбран для изготовления капсулы, а сплав W-5Re может быть выбран для изготовления корпуса, соответственно, при условии адаптации устройства инициирования ввода поглощающей сборки.As mentioned above, the
В представленном примере стопорные поверхности 24 формируют радиальную поверхность, а упорная поверхность 26 формирует поверхность, перпендикулярную продольной оси. Однако указанная конфигурация никоим образом не является ограничительной.In the presented example, the locking surfaces 24 form a radial surface, and the abutting
Предпочтительно, предусмотрены средства, обнаруживающие положение сборки в устройстве инициирования ввода поглощающей сборки для выявления нежелательного ввода сборки 2. По первой технологии обнаружения выявляется введение отрицательной реактивности в активную зону непосредственно с помощью нейтронных датчиков, либо косвенно посредством «исследования температуры в активной зоне» (TRTC), при котором измеряется выходная температура теплоносителя с использованием термопар, расположенных наверху сборки. При вводе поглощающего материала в активную зону снижается мощность несущей сборки и падает температура теплоносителя на выходе из несущей сборки. Следовательно, ввод отрицательной реактивности обнаруживается по падению температуры теплоносителя.Preferably, means are provided that detect the position of the assembly in the device for initiating input of the absorbent assembly to detect unwanted input of
По другой технологии обнаружения выявляется положение комплекта поглощающих элементов (подвешен или нет).According to another detection technology, the position of the set of absorbing elements (suspended or not) is detected.
Детекторное устройство DT, в котором применяется последняя технология, показано на фиг. 5А-5D. Указанное устройство является ультразвуковым телеметрическим устройством, предназначенным для измерения расстояния от одного или нескольких преобразователей 67, установленных над верней частью сборки, до отражателя, положение которого относительно преобразователя(ей) зависит от того, введен в активную зону комплект поглощающих элементов сборки 2 или нет.A DT detector device using the latest technology is shown in FIG. 5A-5D. The specified device is an ultrasonic telemetric device designed to measure the distance from one or
Устройство DT содержит датчик 64, установленный с возможностью свободного скольжения вдоль расширенной области 65, сформированной в захватной головке 13 капсулы 10. Предусмотрена такая длина датчика 64, чтобы его нижний конец находился в контакте с соединительной головкой поглотительной сборки 2, а его верхний конец выступал из верхнего конца захватной головки.The DT device includes a
Верхний конец датчика 64 содержит отражатель 66. Нижний конец датчика находится в контакте только с соединительной головкой поглотительной сборки, поэтому датчик не будет препятствовать вводу гирлянды поглощающих элементов, если она не заблокирована, так как датчик и гирлянда не связаны друг с другом. Поскольку стержневой датчик имеет небольшое сечение, верхний концевой участок стержневого датчика, формирующий отражатель, расширен, чтобы сечение указанного участка было больше сечения самого стержневого датчика. Например, указанный участок имеет форму обращенного вниз конуса, основание которого формирует отражатель 66. При перемещении датчика вниз конус стопорится и удерживается в контакте с верхней частью расширенной области 65. При этом расстояние, составляющее несколько сантиметров, на которое опустился конус, является достаточным для выполнения обнаружения поглощающей сборки с помощью ультразвука. Например, указанное расстояние может составлять 13 мм.The upper end of the
Отражатель 66 поддерживается датчиком, который проходит через захватную головку 13, расположенную максимально близко к верхней части сборки (схематично показано на фиг. 5А-5D), благодаря чему, увеличивается телесный угол отражения ультразвука и ограничивается эхо на структурах, окружающих захватную головку.The
Преобразователи 67 (показаны схематично) размещены над верхней частью сборки. Благодаря осевому смещению отражателей во время ввода сборки 2 можно обнаружить и позиционировать сборку. Преобразователи могут быть закреплены, например, на решетчатой заглушке крышки активной зоны.Transducers 67 (shown schematically) are located above the upper part of the assembly. Due to the axial displacement of the reflectors during insertion of
Предпочтительно, между задним концом датчика и задним концом расширенной области установлена пружина 68, находящаяся в сжатом состоянии. В штатном режиме работы, то есть когда поглощающая сборка 2 не введена в активную зону и соединительная головка удерживается фиксаторами 20 на месте, указанная пружина находится в сжатом состоянии. Когда поглощающая сборка 2, содержащая соединительную головку, падает, пружина 68 разжимается и, таким образом, принуждает датчик 64 перемещаться вниз. Предпочтительно, указанная пружина 68 не создает препятствий для опускания датчика 64. Поскольку датчик 64 имеет небольшую массу, возникшая коррозия, либо присутствующие примеси могут вызвать его заклинивание и, таким образом, воспрепятствовать его опусканию. Сила, прикладываемая разжимающейся пружиной 68, преодолевает указанную блокировку, благодаря чему датчик опускается и устройство DT, таким образом, обнаруживает, что гирлянда поглощающей сборки 2 упала. Существует малая вероятность ослабления прикладываемой пружиной силы, связанного с радиационной ползучестью, поскольку пружина отдалена от зоны деления. Таким образом, пружина 68 повышает надежность работы телеметрического устройства.Preferably, a
Как вариант, преобразователи, располагаемые вертикально, не находятся на одной линии с отражателем. На внутренней поверхности в верхней части сборки закреплено несколько отражателей, которые направляют ультразвуковой луч к отражателю 66. В другом случае отражатель 66, поддерживаемый датчиком 64, может иметь поверхность с несколькими гранями для формирования трехплоскостного зеркала, например, чтобы улучшалось наведение пучка лучей. Предпочтительно, указанные варианты отражателей позволяют использовать один преобразователь для нескольких сборок.Alternatively, transducers arranged vertically are not in line with the reflector. Several reflectors are mounted on the inner surface in the upper part of the assembly, which direct the ultrasonic beam to the
Далее будет кратко описываться работа указанного детекторного устройства DT.Next, the operation of said detection device DT will be briefly described.
Когда сборка 2 подвешена, как показано на фиг. 5А-5С, датчик 64 находится в контакте с соединительной головкой поглощающей сборки 2, пружина 68 сжата, отражатель 66 расположен на расстоянии от преобразователя(ей), и, таким образом, свидетельствует о том, что поглощающая сборка не введена.When
Когда сборка падает (фиг. 5D), поскольку достигнута пороговая температура, либо произошло нежелательное срабатывание устройства, датчик 64 больше не поддерживается на соединительной головке и под действием силы, прикладываемой разжимающейся пружиной 68, и собственной силы тяжести указанный датчик 64 скользит вниз в расширенную область, соответственно, перемещая отражатель 66 во второе положение, в котором он опирается на захватную головку 13. Преобразователь 67 измеряет увеличившееся расстояние между преобразователем 67 и отражателем 66 и, таким образом, обнаруживает, что сборка 2 введена.When the assembly falls (FIG. 5D) because a threshold temperature has been reached or an undesired operation of the device has occurred, the
Указанный детектор является наиболее надежным. Датчик 64 имеет небольшое сечение и способен изгибаться, причем в расширенной области сформирован большой механический зазор, благодаря чему предотвращаются все риски механической блокировки датчика, даже если произошла существенная деформация захватной головки 13 в результате осевого коробления и/или сдавливания расширенной области.The specified detector is the most reliable. The
В любом случае указанное детекторное устройство обеспечивает обнаружение (и позиционирование в активной зоне) опускающихся поглощающих элементов, ничуть не снижая надежность инициирования ввода указанной гирлянды, сформированной из поглощающих элементов.In any case, the specified detector device provides detection (and positioning in the active zone) of the descending absorbing elements, without compromising the reliability of initiating the input of the specified garland formed from the absorbing elements.
Указанное детекторное устройство может использоваться в дополнение к средствам «исследования температуры в активной зоне» (TRTC) и/или к камерам деления с целью диверсификации средств обнаружения введенной отрицательной реактивности, либо вместо указанных технологий.The specified detector device can be used in addition to the means of "temperature research in the active zone" (TRTC) and / or to the fission chambers in order to diversify the means of detection of the introduced negative reactivity, or instead of these technologies.
В настоящем изобретении система SI инициирования ввода поглощающей сборки встроена в несущую сборку, при этом является абсолютно независимой от несущей сборки и, следовательно, может управляться независимо от тепловыделяющей сборки.In the present invention, the SI input initiation system SI is integrated in the carrier assembly, and is completely independent of the carrier assembly and, therefore, can be controlled independently of the fuel assembly.
Таким образом, можно автономно проводить рабочие испытания, например, проверку срабатывания устройства и испытание поглощающей сборки 2 на падение, то есть проводить испытания вне реактора, лишь в капсуле 10. Указанные рабочие испытания могут выполняться систематически до установки указанной системы в сборку А.Thus, it is possible to independently carry out operational tests, for example, to test the operation of the device and to test the absorbing
Устройство инициирования ввода поглощающей сборки может быть проверено и при необходимости заменено, или при обнаружении неисправности системы оно может быть переснаряжено независимо от других элементов тепловыделяющей сборки. Указанную замену или переснаряжение можно произвести без отбраковки всей сборки.The input initiating device of the absorbent assembly can be checked and replaced if necessary, or if a system malfunction is detected, it can be reloaded independently of other elements of the fuel assembly. The specified replacement or reloading can be made without rejecting the entire assembly.
Это является преимуществом, поскольку срок службы систем ввода поглощающих сборок можно регулировать независимо от срока службы тепловыделяющих сборок, что приводит к сокращению производственных затрат и позволяет минимизировать количество активированных отходов после проведения цикла.This is an advantage, since the service life of the input systems of the absorbing assemblies can be adjusted independently of the service life of the fuel assemblies, which reduces production costs and minimizes the amount of activated waste after the cycle.
Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки согласно настоящему изобретению особенно подходит для съемной системы инициирования ввода поглощающей сборки. При использовании устройства инициирования ввода поглощающей сборки согласно изобретению и, конкретнее, благодаря стопору 24, который до достижения температуры позиционирования обеспечивает блокировку фиксаторов, предотвращаются все риски разблокировки фиксаторов, следовательно, комплект поглощающих элементов не может упасть в процессе монтажа капсулы на несущей сборке, например в результате удара, при условии, что не произошло разрушение фиксаторов, соединительной головки или троса. Это является преимуществом при интегрировании сборки в активную зону (при ранее описанном состоянии позиционирования).The absorbent assembly input initiating device DI according to the present invention is particularly suitable for a removable absorbent assembly input initiation system. When using the input initiating device of the absorbent assembly according to the invention and, more specifically, due to the
При использовании тепловыделяющей сборки, предлагаемой в изобретении конструкции, и при интегрировании системы инициирования ввода поглощающей сборки согласно настоящему изобретению несколько уменьшается объемная доля топлива, следовательно, также немного уменьшается производительность нейтронов в активной зоне. За счет объема центрального пространства объемная доля топлива уменьшается примерно на 7% в тепловыделяющей несущей сборке и примерно на 0,6% в активной зоне.When using the fuel assembly proposed in the invention of the design, and when integrating the input system of the input of the absorbing assembly according to the present invention, the volume fraction of fuel is slightly reduced, therefore, the neutron productivity in the core is also slightly reduced. Due to the volume of the central space, the volume fraction of fuel decreases by about 7% in the fuel assembly and about 0.6% in the core.
Кроме того, предлагаемая конструкция несущей сборки позволяет с минимальным количеством модификаций и, следовательно, с оптимальными затратами осуществлять топливный цикл при использовании сборок известного уровня техники.In addition, the proposed design of the bearing assembly allows with a minimum number of modifications and, therefore, with optimal costs to carry out the fuel cycle using assemblies of the prior art.
К тому же, конструкция сборки согласно изобретению оказывает незначительное влияние на падение давления в тепловыделяющей сборке и, соответственно, на термодинамику активной зоны.In addition, the design of the assembly according to the invention has a negligible effect on the pressure drop in the fuel assembly and, accordingly, on the thermodynamics of the core.
Несущая сборка согласно изобретению, содержащая устройство инициирования ввода поглощающей сборки согласно изобретению, позволяет оптимально использовать поток теплоносителя тепловыделяющей сборки, что гарантирует максимальную скорость и точность срабатывания устройства. Благодаря центральному местоположению корпуса в несущей сборке и его конструкции, поток теплоносителя в корпусе имеет характеристики, подобные потоку в стандартной тепловыделяющей сборке, следовательно, расширение корпуса характеризует температуру теплоносителя и, соответственно, состояние сборки.The carrier assembly according to the invention, comprising a device for initiating input of an absorbent assembly according to the invention, makes it possible to optimally use the coolant flow of the fuel assembly, which guarantees maximum speed and accuracy of operation of the device. Due to the central location of the housing in the carrier assembly and its design, the flow of heat carrier in the body has characteristics similar to the flow in a standard fuel assembly, therefore, the expansion of the body characterizes the temperature of the heat carrier and, accordingly, the state of the assembly.
Благодаря настоящему изобретению оптимизируется надежность введения отрицательной реактивности. Капсула механически изолирована от пучка стержневых тепловыделяющих элементов, подвергающегося деформации, поскольку защищена оболочкой, обладающей значительной жесткостью и благодаря тому, что после ввода капсулы образуется большой радиальный зазор. Поскольку между оболочкой и шестиугольной трубой находится пучок стержневых тепловыделяющих элементов, обеспечивается механическая изоляция капсулы от шестиугольной трубы, подвергающейся деформации, так как пучок стержневых тепловыделяющих элементов до некоторой степени способен компенсировать деформацию шестиугольной трубы (благодаря наличию зазоров между стержневыми тепловыделяющими элементами и проволочных прокладок).Thanks to the present invention, the reliability of introducing negative reactivity is optimized. The capsule is mechanically isolated from the beam of the rod fuel elements undergoing deformation, since it is protected by a shell with considerable rigidity and due to the fact that after entering the capsule a large radial gap is formed. Since there is a bunch of rod heat-generating elements between the shell and the hexagonal pipe, the capsule is mechanically isolated from the hexagonal pipe undergoing deformation, since the beam of the rod heat-generating elements is able to compensate to some extent for the deformation of the hexagonal pipe (due to the gaps between the rod fuel elements and wire spacers).
Далее будет детально описываться поглощающая сборка 2 согласно изобретению, при использовании которой дополнительно оптимизируется надежность ввода описываемого далее комплекта поглощающих элементов, который может быть легко введен даже в деформированную капсулу. Сборка 2 содержит поглощающие компоненты 4 сферической формы, скользящие по гибкому тросу 6. Указанная сборка является очень гибкой, что облегчает введение поглощающих элементов в капсулу.Next, the
Распределение поглощающих элементов вдоль гирлянды предотвращает блокировку, которая возможна в случае сплошной укладки из-за эффекта зависания и/или из-за явлений типа спекания.The distribution of absorbing elements along the garland prevents blocking, which is possible in the case of continuous laying due to the effect of freezing and / or due to phenomena such as sintering.
Преимущество поглощающих элементов 4 сферической формы состоит в том, что обеспечивается высокая надежность их ввода в капсулу, поскольку компоненты сферической формы легче вводятся в деформированную структуру и/или структуру малого размера. Кроме того, исходя из тепловых и термомеханических аспектов, связанных с самим поглощающим элементом, следует отметить, что благодаря сферической форме обеспечиваются оптимальные условия охлаждения для максимального снижения температуры сердцевины компонента. Например, температурный градиент, создающийся между сердцевиной и наружной поверхностью в сферических компонентах согласно изобретению, на треть ниже, чем в компонентах цилиндрической формы согласно известному уровню техники.The advantage of the
В этом случае термические напряжения также являются невысокими, поскольку между сердцевиной и наружной поверхностью поглощающего элемента создается низкий температурный градиент. Таким образом, снижается риск растрескивания поглощающего элемента.In this case, thermal stresses are also low, because a low temperature gradient is created between the core and the outer surface of the absorbing element. Thus, the risk of cracking of the absorbent element is reduced.
Следует отметить, что при введении отрицательной реактивности оптимально используется поглощающий материал, поскольку благодаря сферической форме поглощающих элементов минимизируется эффект нейтронного самоэкранирования на единицу объема.It should be noted that with the introduction of negative reactivity, the absorbing material is optimally used, since the spherical shape of the absorbing elements minimizes the effect of neutron self-shielding per unit volume.
Сферические компоненты могут быть сплошными, и для их изготовления может использоваться один единственный поглощающий материал. Как вариант, для оптимизации свойств каждый компонент может быть изготовлен из двух разных материалов. Например, сердцевина может быть изготовлена из металла, обладающего более низкой способностью поглощать нейтроны, сравнительно с керамическим материалом (таким как В4С), но имеющего лучшую теплопроводность, благодаря чему, можно снизить температуру сердцевины и увеличить интервал до температуры плавления, а наружная поверхность компонента может быть изготовлена из керамического материала. Для изготовления компонента подбираются такие два материала, относительное тепловое расширение которых не приведет к нарушению механической целостности компонента. Таким образом, указанный компонент представляет собой, например, металлический шар, охваченный двумя полыми полушариями из керамического материала.The spherical components can be solid, and a single absorbent material can be used to make them. Alternatively, to optimize properties, each component can be made of two different materials. For example, the core can be made of metal, which has a lower ability to absorb neutrons, compared with ceramic material (such as B 4 C), but having better thermal conductivity, so that it is possible to reduce the core temperature and increase the interval to the melting temperature, and the outer surface The component can be made of ceramic material. For the manufacture of the component, two materials are selected whose relative thermal expansion does not lead to a violation of the mechanical integrity of the component. Thus, said component is, for example, a metal ball covered by two hollow hemispheres of ceramic material.
В другом варианте осуществления изобретения сферические поглощающие компоненты являются полыми. Касательно термического воздействия на материал, указанная конструкция является предпочтительной, особенно в случае непредусмотренного ввода, поскольку снижается максимальная температура, которую испытывает поглощающий материал. Кроме того, снижается величина вызванных температурой вторичных напряжений в компонентах, поскольку отсутствует явление относительного теплового расширения сердцевины и наружной поверхности. С точки зрения поглощения нейтронов материал сердцевины в связи с эффектом самоэкранирования значительно менее эффективен, чем материал наружной поверхности. Следовательно, отсутствие материала сердцевины в полых сферах не имеет существенного значения.In another embodiment, the spherical absorbent components are hollow. Regarding the thermal effect on the material, this design is preferable, especially in the case of an unexpected input, since the maximum temperature experienced by the absorbing material is reduced. In addition, the magnitude of the secondary stresses caused by the temperature in the components is reduced, since there is no phenomenon of relative thermal expansion of the core and the outer surface. From the point of view of neutron absorption, the core material due to the self-shielding effect is much less effective than the material of the outer surface. Therefore, the absence of core material in hollow spheres is not significant.
Полые сферические компоненты могут быть изготовлены посредством сборки двух полых полушарий или посредством высверливания отверстия в сплошной сфере. В последнем случае может быть предусмотрена металлическая вставка с каждой стороны высверленного отверстия для уменьшения диаметрального зазора с тросом гирлянды.Hollow spherical components can be made by assembling two hollow hemispheres or by drilling holes in a solid sphere. In the latter case, a metal insert on each side of the drilled hole may be provided to reduce the diametrical clearance with the garland cable.
Трос 6 может быть изготовлен из плетеных металлических волокон или жгутов из сухого керамического волокна.The
Сборка содержит соединительную головку, описанную выше, один из концов которой взаимодействует с фиксаторами 20.The assembly contains a connecting head described above, one of the ends of which interacts with the
Предпочтительно, на концевом участке сборки, противоположном концевому участку, содержащему соединительную головку, предусмотрен, по меньшей мере, один или, предпочтительно, несколько (например, три) металлических элемента вместо компонентов, изготовленных из поглощающего материала. Во-первых, указанные элементы создают упор для поглощающих элементов. Во-вторых, указанные элементы обеспечивают частичное экранирование поглощающих элементов от зоны деления, поскольку под воздействием нейтронного потока могут ухудшаться свойства поглощающих элементов. Например, при облучении снижается теплопроводность, в частности, В4С, что приводит к повышению температуры сердцевины компонентов. Поскольку установлены металлические элементы, создающие защитный экран, компоненты, содержащие В4С, частично защищены от воздействия нейтронов.Preferably, at least one or, preferably three (for example, three) metal elements are provided in the end portion of the assembly opposite the end portion containing the connecting head instead of components made of absorbent material. First, these elements provide emphasis on the absorbing elements. Secondly, these elements provide partial shielding of the absorbing elements from the fission zone, since under the influence of the neutron flux the properties of the absorbing elements may deteriorate. For example, when irradiated, the thermal conductivity decreases, in particular, B 4 C, which leads to an increase in the temperature of the core of the components. Since metallic elements are installed that create a protective shield, components containing B 4 C are partially protected from the effects of neutrons.
Наконец, указанные элементы могут создавать балласт, когда поглощающий материал компонента имеет низкую плотность. Благодаря созданию балласта сокращается время падения сборки и снижается риск ее блокировки. Кроме того, указанные металлические элементы способны поглощать ударную нагрузку в основании капсулы, что особенно важно касательно В4С, обладающего низкой ударной прочностью.Finally, these elements can create ballast when the absorbent material of the component has a low density. By creating ballast, the assembly fall time is reduced and the risk of blocking it is reduced. In addition, these metal elements are capable of absorbing the shock load at the base of the capsule, which is especially important regarding B 4 C, which has low impact strength.
Предпочтительно, между поглощающими компонентами могут быть установлены механические амортизирующие средства. Могут использоваться, например, тарельчатые шайбы. Указанные средства не обязательно должны быть установлены между каждыми двумя компонентами.Preferably, mechanical shock absorbing means may be installed between the absorbent components. Disc washers, for example, can be used. These tools do not have to be installed between every two components.
Длина троса, определяющего гибкость гирлянды, больше высоты комплекта сферических поглощающих элементов, причем механический зазор между компонентами устанавливается с учетом деформаций компонентов под действием облучения, таких как удлинение, распухание, ползучесть.The length of the cable, which determines the flexibility of the garland, is greater than the height of the set of spherical absorbing elements, and the mechanical gap between the components is set taking into account the deformation of the components under the action of irradiation, such as elongation, swelling, creep.
Кроме того, между тросом и отверстиями, выполненными в сферических поглощающих компонентах, обеспечен радиальный зазор.In addition, between the cable and the holes made in the spherical absorbing components, a radial clearance is provided.
В связи с риском фрагментации поглощающего материала, такого как В4С, в результате относительных деформаций, происходящих в реакторе (удлинение и радиационное распухание), поглощающие компоненты могут быть заключены в кожух, формирующий защитную металлическую оболочку для поглощающего материала.Due to the risk of fragmentation of the absorbent material, such as B 4 C, as a result of relative deformations occurring in the reactor (elongation and radiation swelling), the absorbent components can be enclosed in a casing forming a protective metal shell for the absorbent material.
Поглощающие компоненты могут быть изготовлены из любого материала, поглощающего нейтроны. Например, указанным материалом может служить карбид бора (В4С), в большей или меньшей степени обогащенный 10В.Absorbing components can be made of any material that absorbs neutrons. For example, boron carbide (B 4 C), to a greater or lesser extent enriched 10 V., can serve as the indicated material.
Для изготовления поглощающих элементов могут применяться материалы на основе гафния. Указанные материалы обладают высокой плотностью, благодаря чему сокращается продолжительность падения компонентов, кроме того, при радиационном облучении они не генерируют газы и не подвергаются распуханию, а также не происходит существенное снижение их способности обеспечивать отрицательную реактивность. Следовательно, эффективность поглощения нейтронов и обнаруживаемость компонентов являются стабильными. Может использоваться металлический гафний, который, несмотря на значительно более низкую эффективность поглощения нейтронов на единицу объема по сравнению с В4С, обладает преимуществом, заключающимся в значительно более высокой теплопроводности по сравнению с В4С, и стабильности под действием облучения. Может использоваться гидрид гафния, который обладает высокой теплопроводностью при отсутствии облучения и стабильностью при облучении, подобно металлическому гафнию.For the manufacture of absorbent elements, hafnium-based materials may be used. These materials have a high density, which reduces the duration of the fall of the components, in addition, during radiation exposure they do not generate gases and do not undergo swelling, and there is no significant decrease in their ability to provide negative reactivity. Therefore, neutron absorption efficiency and detectability of components are stable. Metallic hafnium can be used, which, despite the significantly lower neutron absorption efficiency per unit volume compared to B 4 C, has the advantage of significantly higher thermal conductivity compared to B 4 C and stability under irradiation. Hafnium hydride can be used, which has high thermal conductivity in the absence of irradiation and stability when irradiated, like metallic hafnium.
Следует отметить, что для изготовления компонентов можно использовать жаростойкие поглощающие материалы типа боридов, например, HfB2 и TiB2, температура плавления которых составляет порядка 3300°С. Кроме того, можно использовать гексаборид европия EuB6. Также можно использовать Eu2О3. При радиационном облучении указанные материалы не генерируют газообразные продукты. Указанные материалы также обладают высокой поглощающей способностью.It should be noted that for the manufacture of components, heat-resistant absorbing materials such as borides, for example, HfB 2 and TiB 2 , with a melting point of about 3300 ° C, can be used. In addition, you can use europium hexaboride EuB 6 . You can also use Eu 2 About 3 . Under radiation exposure, these materials do not generate gaseous products. These materials also have a high absorption capacity.
Как вариант, поглощающие компоненты в зависимости от их положения вдоль гирлянды могут быть изготовлены из разных поглощающих материалов. Например, компоненты из материалов на основе гафния могут быть расположены в нижней части гирлянды, а компоненты из материалов на основе В4С могут быть расположены в верхней части гирлянды. При указанном распределении поглощающих элементов основная часть отрицательной реактивности создается компонентами из материалов на основе В4С, в то время как компоненты из материалов на основе гафния, расположенные в нижней части гирлянды, образуют нейтронный защитный экран, который до ввода гирлянды защищает компоненты из материалов на основе В4С, расположенные в верхней части гирлянды; кроме того, указанные компоненты из материалов на основе гафния вносят существенный вклад в отрицательную реактивность, как в начале, так и в конце ввода гирлянды. Следует отметить, что при вводе в активную зону отсутствует риск расплавления компонентов, содержащих гафний, поскольку облучение указанных компонентов в подвешенном положении не привело к снижению их теплопроводности.Alternatively, the absorbent components, depending on their position along the garland, can be made of different absorbent materials. For example, components from hafnium-based materials can be located at the bottom of the garland, and components from B 4 C-based materials can be located at the top of the garland. With the indicated distribution of absorbing elements, the main part of the negative reactivity is created by components from materials based on B 4 C, while components from materials based on hafnium located in the lower part of the garland form a neutron shield that protects components from materials on B 4 C base located at the top of the garland; in addition, these components from hafnium-based materials make a significant contribution to negative reactivity, both at the beginning and at the end of garland insertion. It should be noted that when entering the active zone there is no risk of melting components containing hafnium, since irradiation of these components in a suspended position did not lead to a decrease in their thermal conductivity.
Гафний может также использоваться в качестве компонента, смягчающего последствия аварийной ситуации в случае общего расплавления активной зоны.Hafnium can also be used as a component mitigating the consequences of an emergency in the event of a general core melt.
В водо-водяном энергетическом реакторе материалы, используемые для изготовления поглощающих элементов, могут представлять собой, например, гафний, Dy11B6, Gd11B6, Sm11B6 Er11B4, необработанный HfB2 и необработанный TiB2.In a pressurized water reactor, the materials used to make the absorbing elements can be, for example, hafnium, Dy 11 B 6 , Gd 11 B 6 , Sm 11 B 6 Er 11 B 4 , untreated HfB 2 and untreated TiB 2 .
Теплоноситель может представлять собой любой подходящий жидкий металл, например натрий. Свинец и свинцововисмутовый сплав являются другими жидкими металлами, которые могут использоваться в качестве теплоносителя в реакторе на быстрых нейтронах. Использование натрия является предпочтительным, поскольку он обеспечивает хорошую теплопередачу. Если используется боросодержащий поглощающий элемент, выделяющийся из 10В гелий способствует предотвращению потенциальных проблем с герметичностью оболочек, содержащих жидкую металлическую среду (стержни, капсулы и т.п.). Наконец, поскольку жидкая металлическая среда обладает высокой вязкостью, падение поглощающих элементов, особенно в конце перемещения, явно замедляется, в результате чего, существенно снижается риск фрагментации поглощающей керамики.The coolant may be any suitable liquid metal, for example sodium. Lead and lead-bismuth alloy are other liquid metals that can be used as a coolant in a fast neutron reactor. The use of sodium is preferred because it provides good heat transfer. If a boron-containing absorbing element released from 10 V helium is used, it helps to prevent potential problems with the tightness of shells containing liquid metal medium (rods, capsules, etc.). Finally, since the liquid metal medium has a high viscosity, the fall of the absorbing elements, especially at the end of the movement, is clearly slowed down, as a result, the risk of fragmentation of the absorbing ceramic is significantly reduced.
В качестве иллюстративного примера приводятся параметры сборки согласно настоящему изобретению.As an illustrative example, the assembly parameters according to the present invention.
Комплект поглощающих элементов сферической формы может иметь высоту 800 мм. Размер и масса поглощающих элементов зависят от материала, из которого они изготовлены:A set of absorbing elements of a spherical shape can have a height of 800 mm. The size and weight of the absorbing elements depend on the material from which they are made:
- при использовании В4С, обогащенного до 48% 10В, диаметр компонента составляет 35 мм, а масса составляет 1,8 кг,- when using B 4 C enriched up to 48% 10 V, the diameter of the component is 35 mm and the mass is 1.8 kg,
- при использовании HfB2, обогащенного до 71% 10В, диаметр компонента составляет 35 мм, а масса составляет 10,8 кг,- when using HfB 2 enriched up to 71% 10 V, the diameter of the component is 35 mm and the mass is 10.8 kg,
- при использовании гафния диаметр компонента составляет 67 мм, а масса составляет 46,9 кг,- when using hafnium, the diameter of the component is 67 mm, and the mass is 46.9 kg,
- при использовании Eu2O3 диаметр компонента составляет 52 мм, а масса составляет 17,6 кг.- when using Eu 2 O 3, the diameter of the component is 52 mm, and the mass is 17.6 kg.
Интеграция системы инициирования ввода поглощающей сборки, содержащей сферические поглощающие элементы диаметром 35 мм, в несущую сборку приводит к устранению двух колец стержневых тепловыделяющих элементов, что снижает объемную долю топлива на 7% в тепловыделяющей несущей сборке и примерно на 0,6% в активной зоне.The integration of the initiation system for introducing an absorbent assembly containing spherical absorbing elements with a diameter of 35 mm into the bearing assembly eliminates the two rings of the rod fuel elements, which reduces the volume fraction of fuel by 7% in the fuel carrier assembly and by about 0.6% in the core.
Касательно работы системы, если принимается, что корпус изготовлен из стали Z10 CNDT 15.15 В, а капсула изготовлена из сплава W-5Re, температура срабатывания равна 660°С и высота корпуса составляет примерно 800 мм и компоненты имеют выбранные размеры, то расчетное относительное осевое смещение корпуса и капсулы составляет:Regarding the operation of the system, if it is assumed that the case is made of Z10 CNDT steel 15.15 V, and the capsule is made of W-5Re alloy, the operating temperature is 660 ° C and the case height is approximately 800 mm and the components have selected dimensions, then the estimated relative axial displacement body and capsule is:
- 5,65 мм в диапазоне от температуры окружающей среды до рабочей температуры,- 5.65 mm in the range from ambient temperature to operating temperature,
- 1,44 мм в диапазоне от рабочей температуры до температуры срабатывания.- 1.44 mm in the range from operating temperature to operating temperature.
Смещение соединительной головки из-за смещения фиксаторов 20 в диапазоне от рабочей температуры до температуры срабатывания может быть рассчитано исходя из: линейного смещения фиксатора, составляющего 5,4 мм, и углового смещения, составляющего 7,2°.The displacement of the connecting head due to the displacement of the
При этих условиях осевое смещение соединительной головки сборки 2 в диапазоне от рабочей температуры до температуры срабатывания составляет 3,5 мм.Under these conditions, the axial displacement of the connecting head of
Несущая сборка согласно настоящему изобретению, содержащая комплект сферических поглощающих элементов, формирующих гирлянду, особенно подходит для использования в реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением. Указанная несущая сборка также может быть использована в ядерных реакторах других типов, к примеру, в реакторах на быстрых нейтронах, охлаждаемых другими жидкими металлами, например, свинцом или свинцововисмутовым сплавом, а также в реакторах на быстрых нейтронах с газовым охлаждением, в водо-водяном энергетическом реакторе или ядерном реакторе на кипящей воде.The carrier assembly according to the present invention, comprising a set of spherical absorbing elements forming a garland, is particularly suitable for use in sodium-cooled fast neutron reactors. The specified carrier assembly can also be used in other types of nuclear reactors, for example, in fast neutron reactors cooled by other liquid metals, for example, lead or lead-bismuth alloy, as well as in gas-cooled fast neutrons reactors a boiling water reactor or nuclear reactor.
Claims (31)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1161100 | 2011-12-02 | ||
FR1161100A FR2983624B1 (en) | 2011-12-02 | 2011-12-02 | NUCLEAR REACTOR ASSEMBLY HAVING NUCLEAR FUEL AND A SYSTEM FOR TRIGGERING AND INSERTING AT LEAST ONE NEUTRONIC ABSORBING ELEMENT AND / OR MITIGATOR |
PCT/EP2012/074096 WO2013079662A1 (en) | 2011-12-02 | 2012-11-30 | Assembly for a nuclear reactor, comprising nuclear fuel and a system for triggering and inserting at least one neutron absorber and/or mitigator element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2602836C1 true RU2602836C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=47263378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014126893/07A RU2602836C1 (en) | 2011-12-02 | 2012-11-30 | Assembly for nuclear reactor containing nuclear fuel and initiation system for input of at least one absorbing neutrons and/or softening consequences of emergency element |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6181067B2 (en) |
KR (1) | KR20140097452A (en) |
CN (1) | CN104094358B (en) |
FR (1) | FR2983624B1 (en) |
RU (1) | RU2602836C1 (en) |
WO (1) | WO2013079662A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732730C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-09-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" | Fuel assembly manufacturing method |
RU2795981C1 (en) * | 2022-09-30 | 2023-05-16 | Акционерное Общество "Атомэнергопроект" | Nuclear reactor core |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3042901B1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-12-15 | Commissariat Energie Atomique | DEVICE FOR TRIGGERING AND INSERTING ABSORBENT ELEMENTS AND / OR MITIGATORS OF A NUCLEAR REACTOR USING FLEXIBLE ELEMENTS AND ASSEMBLING NUCLEAR FUEL COMPRISING SUCH DEVICE |
FR3044155B1 (en) * | 2015-11-23 | 2017-11-10 | Commissariat Energie Atomique | PASSIVE TRIP SECURITY DEVICE FOR NUCLEAR REACTOR ON ABNORMAL PRIMARY RATE DROP |
FR3044156B1 (en) * | 2015-11-23 | 2017-11-10 | Commissariat Energie Atomique | PASSIVE TRIP SECURITY DEVICE FOR NUCLEAR REACTOR ON ABNORMAL PRIMARY RATE DROP |
FR3045199B1 (en) * | 2015-12-15 | 2018-01-26 | Areva Np | ABSORBENT CLUSTER AND ABSORBENT PENCIL FOR NUCLEAR REACTOR |
KR101787916B1 (en) * | 2016-12-30 | 2017-10-19 | 한국과학기술원 | A nuclear fuel assembly for a thermal neutron reactor |
FR3069095B1 (en) * | 2017-07-13 | 2019-08-30 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | MITIGATION ASSEMBLY FOR NUCLEAR REACTOR HAVING REMOVABLE SEAL CAP |
EP3815112B1 (en) * | 2018-06-21 | 2023-11-01 | BWXT Nuclear Energy, Inc. | Universal inverted reactor and method for design and manufacture of universal inverted reactor |
JP2023128324A (en) * | 2022-03-03 | 2023-09-14 | 三菱重工業株式会社 | Nuclear reactor shutdown system and nuclear reactor shutdown method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3682771A (en) * | 1967-11-30 | 1972-08-08 | Atomic Power Constr Ltd | Emergency nuclear reactor shutdown systems |
GB1447931A (en) * | 1973-05-22 | 1976-09-02 | Electricite De France | Coupling device or fuse |
US5526385A (en) * | 1992-03-03 | 1996-06-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Safety device protecting against overpressure failure of a nuclear reactor pressure vessel |
RU2072570C1 (en) * | 1994-02-08 | 1997-01-27 | Юрий Васильевич Потапов | Device for passive protection of fast neutron nuclear reactor |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2251079B1 (en) * | 1973-11-08 | 1976-12-03 | Commissariat Energie Atomique | |
FR2345709A2 (en) * | 1976-03-24 | 1977-10-21 | Electricite De France | Compound fuse, esp. for emergency shutdown of reactor - permits cooling of absorbent blocks, prevents premature mechanical disengagement |
US4204909A (en) * | 1977-06-10 | 1980-05-27 | Combustion Engineering, Inc. | Temperature sensitive self-actuated scram mechanism |
US4139414A (en) * | 1977-06-10 | 1979-02-13 | Combustion Engineering, Inc. | Scram device having a multiplicity of neutron absorbing masses |
JPS5670494A (en) * | 1979-11-14 | 1981-06-12 | Tokyo Shibaura Electric Co | Control rod drive mechanism |
JPS5833190A (en) * | 1981-08-24 | 1983-02-26 | 株式会社東芝 | Control rod drive mechanism |
EP0085526B1 (en) * | 1982-01-28 | 1986-04-02 | United Kingdom Atomic Energy Authority | Thermally responsive trigger devices and their use in shut-down devices for nuclear reactors |
US5051229A (en) | 1982-01-28 | 1991-09-24 | United Kingdom Atomic Energy Authority | Thermally responsive trigger devices and their use in shut-down devices for nuclear reactors |
JPS60164294A (en) * | 1984-02-07 | 1985-08-27 | 動力炉・核燃料開発事業団 | Driving mechanism of control rod for reactor |
JPH0640137B2 (en) * | 1986-08-01 | 1994-05-25 | 株式会社日立製作所 | Fuel assembly and boiling water reactor |
FR2683667B1 (en) | 1991-11-08 | 1994-01-07 | Commissariat A Energie Atomique | NUCLEAR FUEL ASSEMBLY WITH INTEGRATED PASSIVE SAFETY DEVICE. |
US20080031398A1 (en) * | 2004-10-14 | 2008-02-07 | Westinghouse Electric Company, Llc | Use of boron or enriched boron 10 in UO2 |
CN102129889B (en) * | 2010-12-24 | 2013-10-09 | 中国核动力研究设计院 | B and Gd-containing overall composite combustible toxic fuel and preparation method |
-
2011
- 2011-12-02 FR FR1161100A patent/FR2983624B1/en active Active
-
2012
- 2012-11-30 CN CN201280068926.3A patent/CN104094358B/en not_active Expired - Fee Related
- 2012-11-30 RU RU2014126893/07A patent/RU2602836C1/en not_active IP Right Cessation
- 2012-11-30 WO PCT/EP2012/074096 patent/WO2013079662A1/en active Application Filing
- 2012-11-30 KR KR1020147017384A patent/KR20140097452A/en not_active Application Discontinuation
- 2012-11-30 JP JP2014543911A patent/JP6181067B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3682771A (en) * | 1967-11-30 | 1972-08-08 | Atomic Power Constr Ltd | Emergency nuclear reactor shutdown systems |
GB1447931A (en) * | 1973-05-22 | 1976-09-02 | Electricite De France | Coupling device or fuse |
US5526385A (en) * | 1992-03-03 | 1996-06-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Safety device protecting against overpressure failure of a nuclear reactor pressure vessel |
RU2072570C1 (en) * | 1994-02-08 | 1997-01-27 | Юрий Васильевич Потапов | Device for passive protection of fast neutron nuclear reactor |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732730C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-09-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Александра-Плюс" | Fuel assembly manufacturing method |
RU2795981C1 (en) * | 2022-09-30 | 2023-05-16 | Акционерное Общество "Атомэнергопроект" | Nuclear reactor core |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20140097452A (en) | 2014-08-06 |
JP6181067B2 (en) | 2017-08-16 |
CN104094358A (en) | 2014-10-08 |
JP2015500463A (en) | 2015-01-05 |
FR2983624A1 (en) | 2013-06-07 |
FR2983624B1 (en) | 2014-02-07 |
CN104094358B (en) | 2016-10-19 |
WO2013079662A1 (en) | 2013-06-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2602836C1 (en) | Assembly for nuclear reactor containing nuclear fuel and initiation system for input of at least one absorbing neutrons and/or softening consequences of emergency element | |
RU2603128C2 (en) | Device for actuation and insert absorbing elements and/or attenuators division zone of nuclear reactor and nuclear fuel assembly containing such device | |
US11521759B2 (en) | Melt confinement device | |
EP3306619B1 (en) | Passive protection of a nuclear reactor | |
EA032395B1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a water cooled-water modified reactor | |
US20130216016A1 (en) | Device for Mitigating Serious Accidents for a Nuclear Fuel Assembly, With Improved Effectiveness | |
KR20170085583A (en) | Fuel assembly for an sfr nuclear reactor, comprising a housing containing a removably fastened upper neutron shielding device | |
EP2337035B1 (en) | Nuclear reactor melt protection and cooling device | |
CN106941013B (en) | Triggering and inserting device and system, nuclear fuel assembly and nuclear reactor | |
Grudzinski et al. | Fuel assembly bowing and core restraint design in fast reactors | |
CN107068213B (en) | Passive triggering safety device for nuclear reactors during abnormal coolant reduction | |
RU2759217C1 (en) | Nuclear reactor with pressurized water | |
CN106941014B (en) | Passive triggering safety device for nuclear reactor equipped with damper | |
RU182708U1 (en) | BALL ABSORBING ELEMENT | |
JP2016197051A (en) | Corium holding arrangement | |
Guénot-Delahaie et al. | State of the art of the conceptual designs for ASTRID control and shutdown rods | |
RU2599045C1 (en) | Passive protection device of fast-neutron nuclear reactor (versions) | |
US7460632B2 (en) | Control rod absorber stack support | |
JPH06265676A (en) | Reactor trip device for abnormal time | |
JPS58124989A (en) | Reactor shutdown device | |
Schebitz et al. | Design Basis of Core Components and their Realization in the frame of the EPR's {sup TM} Core Component Development |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181201 |