RU2631120C1

RU2631120C1 - Method of intensifying heat-mass exchange and device for its implementation (versions)

Info

Publication number: RU2631120C1
Application number: RU2016123400A
Authority: RU
Inventors: Валерий Григорьевич Балакирев
Original assignee: Акционерное общество "Красная Звезда" (АО "Красная Звезда")
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-09-19
Also published as: WO2017217890A1

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of atomic engineering and can be used in installations with a homogeneous nuclear reactor of a solution type for neutron activation analysis, for the production of medical radioisotopes such as molybdenum-99, strontium-89, etc. and also for the creation of nuclear power plants with any homogeneous nuclear fuel, for example, a liquid-salt fuel composition. The method is developed for the safe forced intensification of heat-mass exchange in chemical and radiation-active substances, which consists in the action on the substance by means of a reciprocating oscillator through one or several buffer gaseous or liquid neutral media filling the connecting channels between the active substance and the oscillator. Three versions of the method implementation in the nuclear-type reactors of a solution type and one version in the liquid-salt nuclear reactor are presented.

EFFECT: intensifying the heat-mass exchange, obtaining more produced medical isotopes and electric and thermal energy in homogeneous reactors.

22 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано в установке с гомогенным ядерным реактором растворного типа для нейтронного активационного анализа, нейтронной радиографии, для наработки медицинских радиоизотопов, таких как молибден-99, стронций-89 и др., а также при создании ядерных энергоустановок с любым гомогенным ядерным топливом, например, с жидкосолевой топливной композицией.The invention relates to the field of nuclear engineering and can be used in a setup with a homogeneous solution-type nuclear reactor for neutron activation analysis, neutron radiography, for producing medical radioisotopes such as molybdenum-99, strontium-89, etc., as well as for the creation of nuclear power plants with any homogeneous nuclear fuel, for example, with a liquid salt fuel composition.

Известна ядерная установка с растворным реактором "Аргус". (Афанасьев Н.М, Беневоленский A.M. и др., Реактор "Аргус" для лабораторий ядерно-физических методов анализа и контроля. Атомная энергия, т. 61, вып. 1, 1986). В НИЦ "Курчатовский институт" с 1981 года действует реактор с раствором делящегося вещества мощностью до 20 кВт. Топливом реактора служит водный раствор уранилсульфата (топливный раствор), обогащенный по изотопу ²³⁵U до 90%. Реакторы такого типа стали в последнее время очень перспективными для наработки медицинских изотопов, благодаря своей простоте, безопасности и относительной дешевизне.Known nuclear installation with a solution reactor "Argus". (Afanasyev N.M., Benevolensky AM et al., Argus reactor for laboratories of nuclear-physical methods of analysis and control. Atomic energy, vol. 61, issue 1, 1986). Since 1981, the Kurchatov Institute Research Center has operated a reactor with a fissile material solution up to 20 kW. The reactor fuel is an aqueous solution of uranyl sulfate (fuel solution) enriched in the ²³⁵ U isotope to 90%. Reactors of this type have recently become very promising for the production of medical isotopes, due to their simplicity, safety and relative cheapness.

Ядерный реактор содержит корпус с герметичной крышкой, в котором расположены активная зона в виде топливного раствора, компенсационная камера, заполненная парогазовой смесью, каналы для топливного раствора и для отбора и возврата парогазовой смеси, теплообменник, охлаждаемый внешним теплоносителем. В крышке корпуса расположены каналы для загрузки-выгрузки топливного раствора, для входа и выхода охлаждающего теплоносителя. Компенсационная камера соединена с системой каталитической рекомбинации водорода, выделяющегося из активной зоны, и с газо-вакуумной системой реактора. Тепло от водного раствора уранилсульфата отводится за счет естественной конвекции и «радиолитического кипения» на наружной поверхности погруженного в топливный раствор змеевика, внутри которого прокачивается охлаждающая вода из внешнего контура. При работе реактора водород и кислород, выделяемые в активной зоне в результате радиолиза воды, вместе с парогазовой смесью компенсационной камеры прокачиваются за счет естественной циркуляции через замкнутую систему рекомбинации, где превращаются в воду и возвращаются в раствор. Давление в корпусе реактора определяется давлением парогазовой среды в компенсационной камере.The nuclear reactor contains a housing with a sealed cap, in which the active zone in the form of a fuel solution, a compensation chamber filled with a vapor-gas mixture, channels for the fuel solution and for the selection and return of the vapor-gas mixture are located, a heat exchanger cooled by an external heat carrier. In the housing cover there are channels for loading and unloading the fuel solution, for the inlet and outlet of the coolant. The compensation chamber is connected to the catalytic recombination system of hydrogen released from the core and to the gas-vacuum system of the reactor. The heat from the aqueous solution of uranyl sulfate is removed due to natural convection and “radiolytic boiling” on the outer surface of the coil immersed in the fuel solution, inside which cooling water is pumped from the external circuit. During the operation of the reactor, hydrogen and oxygen released in the core as a result of radiolysis of water, together with the vapor-gas mixture of the compensation chamber, are pumped through natural circulation through a closed recombination system, where they are converted into water and returned to the solution. The pressure in the reactor vessel is determined by the pressure of the vapor-gas medium in the compensation chamber.

Основными недостатками для коммерческих целей известного реактора является низкая мощность реактора и большая вероятность расслоения топливного раствора и выпадения осадка во время работы реактора при использовании низкообогащенного топлива. Повышение мощности реактора за счет добавления поверхности теплообменника не устранит второго недостатка, а только ухудшит нейтронно-физические свойства активной зоны или потребует увеличения габаритов реактора и загрузки топливного раствора. Поэтому нужно найти способ устранения указанных недостатков, применяя безопасный способ интенсификации тепломассообмена путем создания управляемой вынужденной конвекции в топливном растворе и в других химически и (или) радиационно-активных веществах, какими являются жидкосолевые топливные композиции, щелочные металлы и другие активные вещества.The main disadvantages for commercial purposes of the known reactor are the low power of the reactor and the high probability of separation of the fuel solution and precipitation during operation of the reactor using low-enriched fuel. Increasing the reactor power by adding the surface of the heat exchanger will not eliminate the second drawback, but only worsen the neutron-physical properties of the core or require an increase in the dimensions of the reactor and loading of the fuel solution. Therefore, it is necessary to find a way to eliminate these disadvantages, using a safe method of intensifying heat and mass transfer by creating controlled forced convection in a fuel solution and in other chemically and (or) radiation-active substances, such as liquid-salt fuel compositions, alkali metals and other active substances.

Известен ядерный гомогенный реактор (Патент РФ 2125743 от 27.01.1999, Ядерный гомогенный реактор, Долгов В.В., Козлов В.Я., Потоловский В.Г., Радченко В.П.). Реактор состоит из корпуса, в котором расположена обечайка с днищем, в отверстии которого размещена камера смешения и сопло струйного эжектора, связанное с напорным патрубком насоса, размещенного вне корпуса реактора. Нижний край всасывающего патрубка опущен ниже днища обечайки, теплообменник контура охлаждения топливного раствора размещен между корпусом и обечайкой. Внутри обечайки проходят гильзы для размещения органов СУЗ, на крышке корпуса реактора расположены патрубки для подсоединения газовой полости реактора к системе каталитической рекомбинации радиолитического водорода и кислорода с целью поддержания взрывобезопасной концентрации водорода при работе реактора на номинальной мощности. Способом интенсификации тепломассообмена в известном реакторе является принудительная прокачка топливного раствора с помощью насоса и эжектора через теплообменник, принудительно охлаждаемый внешним циркуляционным контуром. По расчетам авторов изобретение позволяет существенно увеличить мощность и, следовательно, производство медицинских изотопов реактора по сравнению с реактором «Аргус».Known nuclear homogeneous reactor (RF Patent 2125743 from 01/27/1999, Nuclear homogeneous reactor, Dolgov V.V., Kozlov V.Ya., Potolovsky V.G., Radchenko V.P.). The reactor consists of a casing in which a shell with a bottom is located, in the opening of which there is a mixing chamber and a jet ejector nozzle connected with a discharge pipe of the pump located outside the reactor casing. The lower edge of the suction pipe is lowered below the bottom of the shell, the heat exchanger of the fuel solution cooling circuit is located between the housing and the shell. There are sleeves inside the shell to accommodate the CPS bodies; on the lid of the reactor vessel there are nozzles for connecting the gas cavity of the reactor to the catalytic recombination system of radiolytic hydrogen and oxygen in order to maintain an explosion-proof hydrogen concentration during operation of the reactor at rated power. The method of intensifying heat and mass transfer in a known reactor is the forced pumping of a fuel solution using a pump and an ejector through a heat exchanger, forcedly cooled by an external circulation circuit. According to the calculations of the authors, the invention allows to significantly increase the power and, consequently, the production of medical isotopes of the reactor compared to the Argus reactor.

Главным недостатком рассмотренного изобретения является непосредственный контакт топливного раствора делящегося вещества с высокоскоростными подвижными механическими частями насоса, что вызывает их коррозию и эрозию и приводит к износу насоса и повышенной опасности разгерметизации контура. В числе других недостатков описанного способа интенсификации тепломассообмена является сложность обслуживания насоса, ремонт или его замена. Кроме того, большое количество конструкционных материалов в активной зоне ухудшает ее нейтронно-физические характеристики.The main disadvantage of the considered invention is the direct contact of the fuel solution of fissile material with high-speed moving mechanical parts of the pump, which causes their corrosion and erosion and leads to wear of the pump and an increased risk of depressurization of the circuit. Among the other disadvantages of the described method of intensification of heat and mass transfer is the difficulty of servicing the pump, repair or its replacement. In addition, a large number of structural materials in the core degrade its neutron-physical characteristics.

Технический результат, относящийся к предлагаемому способу, состоит:The technical result related to the proposed method consists of:

- в сохранении безопасности, присущей реакторам с естественной циркуляцией активного вещества, и повышении удельной мощности реактора;- in maintaining the safety inherent in reactors with natural circulation of the active substance, and increasing the specific power of the reactor;

- в устранении опасности расслоения низкообогащенного топливного раствора;- in eliminating the danger of separation of low enriched fuel solution;

- в улучшении нейтронно-физических характеристик реактора;- to improve the neutron-physical characteristics of the reactor;

- в улучшении условий эксплуатации и обслуживания реактора.- in improving the operating and maintenance conditions of the reactor.

Для достижения технического результата в способе интенсификации тепломассообмена в химически и радиационно-активных веществах, размещенных в герметичных емкостях под давлением, используют систему возбуждения колебаний, в которой создают давление равное или несколько меньшее, чем давление в герметичных емкостях, затем с помощью, по меньшей мере, одного генератора колебаний, входящего в состав системы возбуждения колебаний, осуществляют принудительное возвратно-поступательное или пульсирующее воздействие на химически и радиационно-активное вещество через одну или несколько буферных нейтральных сред, заполняющих один или несколько соединительных каналов между генератором колебаний и активным веществом.To achieve a technical result in a method of intensifying heat and mass transfer in chemically and radiation-active substances placed in sealed containers under pressure, use an oscillation excitation system in which create a pressure equal to or slightly less than the pressure in sealed containers, then using at least , one oscillation generator, which is part of the oscillation excitation system, carry out a forced reciprocating or pulsating effect on the chemical and radiation active substance through one or more neutral buffer media filling one or more connecting channels between the oscillation generator and the active substance.

В частных случаях реализации способа:In special cases, the implementation of the method:

- в качестве буферных нейтральных сред используют газообразное вещество, жидкость или газообразное вещество и жидкость одновременно;- a gaseous substance, a liquid or a gaseous substance and a liquid are simultaneously used as buffer neutral media;

- возвратно-поступательное движение среды, в каждом канале системы возбуждения колебаний, подключенном к одной из параллельных ветвей участка циркуляционного контура или разомкнутого тракта, преобразуют в пульсирующее однонаправленное движение химически и радиационно-активного вещества с помощью пары обратных клапанов, которые встраивают в участок контура или разомкнутого тракта с двух сторон от точки подключения канала системы возбуждения колебаний.- the reciprocating motion of the medium, in each channel of the oscillation excitation system connected to one of the parallel branches of the section of the circulation circuit or open path, is converted into a pulsating unidirectional movement of a chemically and radiation-active substance using a pair of check valves that are built into the circuit section or open path on both sides of the connection point of the channel of the oscillation excitation system.

- при необходимости снижения рабочей температуры генератора колебаний, используют регенераторы тепла и охладители буферной среды, установленные в каналах между химически и радиационно-активным веществом и генераторами колебаний;- if it is necessary to reduce the operating temperature of the oscillation generator, heat regenerators and buffer medium coolers are used installed in the channels between the chemically and radiation-active substance and the oscillation generators;

- генераторы колебаний системы возбуждения колебаний в топливном растворе размещают за пределами радиационной защиты и снабжают герметичными разъемами и отсечной арматурой, которыми изолируют генераторы колебаний от реактора во время ремонта или замены.- oscillation generators of the oscillation excitation system in the fuel solution are placed outside the radiation protection and are equipped with sealed connectors and shutoff valves, which isolate the oscillation generators from the reactor during repair or replacement.

Способ интенсификации тепломассообмена в химически и радиационно-активных средах, какими являются топливный раствор или жидкосолевая топливная композиция ядерного реактора, а также газообразная радиоактивная смесь, имеет универсальный характер в различных устройствах с его использованием. Несколько примеров частных случаев реализации способа интенсификации тепломассообмена представлены на фиг. 1-6.The method of intensifying heat and mass transfer in chemically and radiation-active environments, such as a fuel solution or liquid-salt fuel composition of a nuclear reactor, as well as a gaseous radioactive mixture, is universal in various devices with its use. Several examples of particular cases of implementing the method of intensifying heat and mass transfer are presented in FIG. 1-6.

На фиг. 1, 2 и по тексту приняты следующие обозначения:In FIG. 1, 2 and the following notation is used throughout the text:

1 - корпус емкости, находящейся под давлением; 2 - активное вещество; 3 - газовый объем; 4.1, 4.2 - расширенные участки каналов для буферной нейтральной среды; 5.1, 5.2 - герметичные разъемы; 6.1, 6.2 - полости переменного объема генератора колебаний; 7 - генератор колебаний газообразной или жидкой буферной нейтральной среды.1 - pressure vessel body; 2 - active substance; 3 - gas volume; 4.1, 4.2 - extended sections of channels for a buffer neutral medium; 5.1, 5.2 - sealed connectors; 6.1, 6.2 - cavity variable volume oscillation generator; 7 - oscillator of a gaseous or liquid buffer neutral medium.

На фиг. 3 и по тексту приняты следующие обозначения:In FIG. 3 and the following notation is used throughout the text:

1 - корпус реактора; 2 - герметичная крышка; 3 - топливный раствор; 4 - змеевик; 5 - каналы СУЗ и технологические каналы для образцов; 6.1, 6.2 - расширенные участки каналов; 7 - компенсационная камера, 8.1…8.4 - отсечная арматура; 9.1, 9.2 - герметичные разъемы генератора колебаний; 10 - генератор колебаний; 11 - капиллярные трубки для выравнивания среднего давления и состава буферной среды в каналах и выходной трубе системы каталитической рекомбинации.1 - reactor vessel; 2 - a tight cover; 3 - fuel solution; 4 - coil; 5 - CPS channels and technological channels for samples; 6.1, 6.2 - extended sections of channels; 7 - compensation chamber, 8.1 ... 8.4 - shutoff valves; 9.1, 9.2 - sealed connectors of the oscillation generator; 10 - oscillation generator; 11 - capillary tubes for equalizing the average pressure and the composition of the buffer medium in the channels and the outlet pipe of the catalytic recombination system.

На фиг. 4 и по тексту приняты следующие обозначения:In FIG. 4 and the following notation is used throughout the text:

1 - корпус реактора; 2 - герметичная крышка; 3 - топливный раствор; 4 - многозаходный змеевиковый теплообменник типа «труба в трубе»; 4.1 - внутренняя труба теплообменника 4; 4.2 - наружная труба теплообменника 4; 5 - каналы СУЗ и технологические каналы для образцов; 6.1, 6.2 - расширенные участки каналов; 7 - компенсационная камера, 8.1…8.4 - отсечная арматура; 9.1, 9.2 - герметичные разъемы генератора колебаний; 10 - генератор колебаний; 11 - капиллярные трубки для выравнивания среднего давления и состава среды в каналах и выходной трубе системы каталитической рекомбинации.1 - reactor vessel; 2 - a tight cover; 3 - fuel solution; 4 - multi-way coil heat exchanger type "pipe in pipe"; 4.1 - the inner tube of the heat exchanger 4; 4.2 - the outer pipe of the heat exchanger 4; 5 - CPS channels and technological channels for samples; 6.1, 6.2 - extended sections of channels; 7 - compensation chamber, 8.1 ... 8.4 - shutoff valves; 9.1, 9.2 - sealed connectors of the oscillation generator; 10 - oscillation generator; 11 - capillary tubes for equalizing the average pressure and medium composition in the channels and outlet pipe of the catalytic recombination system.

На фиг. 5 и по тексту приняты следующие обозначения:In FIG. 5 and the following notation is used throughout the text:

1 - корпус реактора; 2 - компенсационная камера; 3 - каталитический рекомбинатор водорода; 4 - конденсатор; 5.1…5.4 - обратные клапаны; 6.1, 6.2 - газовые полости переменного объема; 7 - генератор колебаний буферной среды; 8.1…8.3 - отсечная арматура; 9.1, 9.2 - герметичные разъемы.1 - reactor vessel; 2 - compensation chamber; 3 - catalytic hydrogen recombiner; 4 - capacitor; 5.1 ... 5.4 - check valves; 6.1, 6.2 - gas cavities of variable volume; 7 - oscillator of the buffer medium; 8.1 ... 8.3 - shutoff valves; 9.1, 9.2 - sealed connectors.

На фиг. 6 и по тексту приняты следующие обозначения:In FIG. 6 and the following notation is used throughout the text:

1 - корпус реактора; 2 - боковой отражатель; 3 - жидкосолевая топливная композиция; 4 - трубчатый стержень замедлителя; 5 - внешний трубопровод охлаждающего теплоносителя; 6 - внутренний трубопровод охлаждающего теплоносителя; 7 - трубная решетка для прохода жидкосолевой топливной композиции в компенсатор тепловых расширений; 8 - нижняя трубная решетка; 9 - верхняя трубная решетка; 10 - верхний торцевой отражатель нейтронов; 11.1, 11.2 - регенераторы тепла; 12.1, 12.2 - охладители буферной среды.1 - reactor vessel; 2 - side reflector; 3 - liquid salt fuel composition; 4 - a tubular rod of a moderator; 5 - external pipe cooling coolant; 6 - the internal pipe of the cooling fluid; 7 - tube grill for the passage of the liquid salt fuel composition into the expansion joint; 8 - lower tube sheet; 9 - upper tube sheet; 10 - upper end neutron reflector; 11.1, 11.2 - heat regenerators; 12.1, 12.2 - buffer medium coolers.

Для отделения генератора колебаний от жидкого активного вещества используют газообразную буферную среду (фиг. 1, 3, 4, 6), а для отделения генератора колебаний от газообразного активного вещества используют жидкую буферную среду (фиг. 2, 5). В особых случаях для реализации способа интенсификации тепломассообмена в активных веществах используют несколько буферных жидких и газообразных сред (фиг. 5). Кроме того, при работе с высокотемпературными активными веществами такими, как жидкосолевые топливные композиции, необходимо снижать температуру буферной среды, контактирующей с горячей жидкосолевой топливной композицией и с генератором колебаний. С этой целью в системе возбуждения колебаний используют регенераторы тепла 11.1, 11.2 и охладители буферной среды 12.1, 12.2 (фиг. 6). Регенераторы тепла, представляют собой герметичные емкости, содержащие аккумулирующий материал с хорошо развитой поверхностью. При течении буферной среды от активного вещества к генератору колебаний регенераторы забирают тепло у буферной среды, нагревая аккумулирующий материал и охлаждая буферную среду, а при обратном течении возвращают тепло, подогревая буферную среду. Наличие регенераторов тепла в системе возбуждения колебаний позволяет значительно уменьшить мощность охладителей буферной среды и создать нормальную температуру для работы генератора колебаний.A gaseous buffer medium is used to separate the oscillation generator from the liquid active substance (Fig. 1, 3, 4, 6), and a liquid buffer medium is used to separate the oscillation generator from the gaseous active substance (Fig. 2, 5). In special cases, to implement the method of intensifying heat and mass transfer in active substances, several buffer liquid and gaseous media are used (Fig. 5). In addition, when working with high-temperature active substances such as liquid salt fuel compositions, it is necessary to lower the temperature of the buffer medium in contact with the hot liquid salt fuel composition and with the oscillation generator. To this end, heat regenerators 11.1, 11.2 and buffer medium coolers 12.1, 12.2 are used in the oscillation excitation system (Fig. 6). Heat regenerators are sealed containers containing storage material with a well-developed surface. When the buffer medium flows from the active substance to the oscillation generator, the regenerators take heat from the buffer medium, heating the storage material and cooling the buffer medium, and in the reverse flow, they return heat by heating the buffer medium. The presence of heat regenerators in the oscillation excitation system can significantly reduce the power of the buffer medium coolers and create a normal temperature for the operation of the oscillation generator.

Предлагаемый способ позволяет производить не только безопасную принудительную интенсификацию тепломассообмена в активном веществе, помещенном в замкнутый объем, как это показано на фиг. 3, 4, 6, но и осуществлять перемещение активного вещества по циркуляционному контуру или разомкнутому тракту (фиг. 5). С этой целью используют, по меньшей мере, одну пару обратных клапанов, которые не нарушают герметичности трубопроводов. При этом возвратно-поступательное движение от генератора колебаний буферной среды преобразуют в пульсирующее однонаправленное движение активного вещества. Аналогичным образом может работать система загрузки и выгрузки топливного раствора, не показанная на чертежах, во время остановов реактора для отбора топливного раствора в систему выделения медицинских изотопов и последующих запусков.The proposed method allows not only safe forced stimulation of heat and mass transfer in the active substance, placed in a closed volume, as shown in FIG. 3, 4, 6, but also to carry out the movement of the active substance along the circulation circuit or open path (Fig. 5). For this purpose, use at least one pair of check valves that do not violate the tightness of the pipelines. In this case, the reciprocating movement from the oscillator of the buffer medium is converted into a pulsating unidirectional movement of the active substance. Similarly, the fuel solution loading and unloading system, not shown in the drawings, can operate during reactor shutdowns to select fuel solution into the medical isotope extraction system and subsequent launches.

Размещение генератора колебаний за пределами радиационной защиты реактора повышает его надежность, удобство эксплуатации и замены. Непрерывность работы ядерного реактора может быть продлена с помощью дублирования генератора колебаний и простым переключением арматуры с одного генератора колебаний на другой.Placing the oscillation generator outside the radiation protection of the reactor increases its reliability, ease of operation and replacement. The continuity of a nuclear reactor can be extended by duplicating the oscillation generator and simply switching valves from one oscillation generator to another.

В качестве генератора колебаний можно выбрать любое устройство, с помощью которого создают возвратно-поступательное движение газообразной или жидкой буферной нейтральной среды, возбуждающей принудительную конвекцию или циркуляцию в активных веществах. В частных случаях генераторами колебаний могут быть поршневые цилиндры с внешним приводом, мембранные или сильфонные возбудители колебаний буферной нейтральной среды, пневмомоторы и гидромоторы, насосы, компрессоры и другие устройства.As the oscillation generator, you can choose any device with which create a reciprocating movement of a gaseous or liquid buffer neutral medium that excites forced convection or circulation in the active substances. In particular cases, oscillation generators can be piston cylinders with an external drive, membrane or bellows exciters of a buffer neutral medium, pneumatic motors and hydraulic motors, pumps, compressors, and other devices.

Среднее давление газообразной буферной среды выбирается, в основном, таким же, как давление в герметичных емкостях, содержащих активные вещества, но может быть и несколько ниже, в тех случаях, когда требуется вывести часть топливного раствора за пределы активной зоны реактора.The average pressure of the gaseous buffer medium is chosen, basically, the same as the pressure in sealed containers containing active substances, but can be slightly lower, in cases where it is necessary to remove part of the fuel solution outside the reactor core.

Известна ядерная установка с растворным реактором "Аргус". (Афанасьев Н.М., Беневоленский A.M. и др., Реактор "Аргус" для лабораторий ядерно-физических методов анализа и контроля. Атомная энергия, т. 61, вып. 1, 1986). Мощность реактора 20 кВт.Known nuclear installation with a solution reactor "Argus". (Afanasyev N.M., Benevolensky A.M. et al., Argus reactor for laboratories of nuclear-physical methods of analysis and control. Atomic energy, vol. 61, issue 1, 1986). The power of the reactor is 20 kW.

Основными недостатками для коммерческих целей известного реактора является низкая мощность реактора и большая вероятность расслоения топливного раствора и выпадения осадка во время работы реактора при использовании низкообогащенного топлива.The main disadvantages for commercial purposes of the known reactor are the low power of the reactor and the high probability of separation of the fuel solution and precipitation during operation of the reactor using low-enriched fuel.

Известен ядерный гомогенный реактор (Патент РФ 2125743 от 27.01.1999, Ядерный гомогенный реактор, Долгов В.В., Козлов В.Я., Потоловский В.Г., Радченко В.П.) выбранный в качестве прототипа. Реактор состоит из корпуса, в котором расположена обечайка с днищем, в отверстии которого размещена камера смешения и сопло струйного эжектора, связанное с напорным патрубком насоса, размещенного вне корпуса реактора. Нижний край всасывающего патрубка опущен ниже днища обечайки, теплообменник контура охлаждения топливного раствора размещен между корпусом и обечайкой. Внутри обечайки проходят гильзы для размещения органов СУЗ, на крышке корпуса реактора расположены патрубки для подсоединения газовой полости реактора к системе каталитической рекомбинации радиолитического водорода и кислорода для поддержания взрывобезопасной концентрации водорода при работе реактора на номинальной мощности.Known nuclear homogeneous reactor (RF Patent 2125743 from 01/27/1999, Nuclear homogeneous reactor, Dolgov V.V., Kozlov V.Ya., Potolovsky V.G., Radchenko V.P.) selected as a prototype. The reactor consists of a casing in which a shell with a bottom is located, in the opening of which there is a mixing chamber and a jet ejector nozzle connected with a discharge pipe of the pump located outside the reactor casing. The lower edge of the suction pipe is lowered below the bottom of the shell, the heat exchanger of the fuel solution cooling circuit is located between the housing and the shell. There are sleeves inside the shell to accommodate the CPS bodies; on the lid of the reactor vessel there are nozzles for connecting the gas cavity of the reactor to the catalytic recombination system of radiolytic hydrogen and oxygen to maintain an explosion-proof hydrogen concentration when the reactor is operating at rated power.

Главным недостатком рассмотренного изобретения является непосредственный контакт топливного раствора делящегося вещества с высокоскоростными подвижными механическими частями насоса, что вызывает их коррозию и эрозию и приводит к износу насоса и повышенной опасности разгерметизации контура. В числе других недостатков описанного устройства является сложность обслуживания насоса, ремонта или его замены. Кроме того, большое количество конструкционных материалов в активной зоне ухудшает ее нейтронно-физические характеристики.The main disadvantage of the considered invention is the direct contact of the fuel solution of fissile material with high-speed moving mechanical parts of the pump, which causes their corrosion and erosion and leads to wear of the pump and an increased risk of depressurization of the circuit. Among the other disadvantages of the described device is the difficulty of servicing the pump, repair or its replacement. In addition, a large number of structural materials in the core degrade its neutron-physical characteristics.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков при сохранении безопасности ядерного гомогенного реактора, присущей реакторам с естественной циркуляцией топливного раствора.The objective of the invention is to remedy these disadvantages while maintaining the safety of a nuclear homogeneous reactor inherent in reactors with natural circulation of the fuel solution.

Технический результат, относящийся к устройству, состоит:The technical result related to the device consists of:

Для достижения технического результата в ядерном гомогенном реакторе растворного типа, содержащем корпус с крышкой, теплообменник внутри корпуса для охлаждения низкообогащенного топливного раствора, компенсационную камеру, заполненную парогазовой смесью и соединенную с каталитической системой регенерации водорода и газо-вакуумной системой, предлагается:To achieve a technical result in a nuclear homogeneous solution type reactor containing a housing with a cover, a heat exchanger inside the housing for cooling a low-enriched fuel solution, a compensation chamber filled with a vapor-gas mixture and connected to a catalytic hydrogen regeneration system and a gas-vacuum system, it is proposed:

снабдить реактор системой возбуждения колебаний топливного раствора, содержащей, по меньшей мере, один генератор возвратно-поступательных колебаний буферной газообразной среды, который помещен за пределами радиационной защиты и соединен каналами с топливным раствором активной зоны реактора через одну или несколько буферных сред.to provide the reactor with a system for exciting vibrations of a fuel solution containing at least one oscillating oscillator of a buffer gaseous medium, which is placed outside the radiation protection and is connected by channels to the fuel solution of the reactor core through one or more buffer media.

В частных случаях реализации устройства предлагается:In special cases, the implementation of the device is proposed:

- генераторы колебаний системы возбуждения колебаний в топливном растворе оснастить герметичными разъемами и отсечной арматурой для изоляции генераторов колебаний во время их замены;- Equip the oscillation generators of the oscillation excitation system in the fuel solution with sealed connectors and shut-off valves to isolate the oscillation generators during their replacement;

- в качестве одной из буферных сред использовать газообразную смесь, сообщающуюся через капиллярные трубки с парогазовой смесью, выходящей из системы каталитической рекомбинации реактора в компенсационную камеру;- to use a gaseous mixture communicating through capillary tubes with a vapor-gas mixture exiting the catalytic recombination system of the reactor into a compensation chamber as one of the buffer media;

- каналы с буферной средой снабдить расширениями внутри корпуса реактора на уровне свободной поверхности топливного раствора и выходные отверстия каналов с буферной средой расположить в активной зоне реактора на разной глубине.- provide the channels with the buffer medium with extensions inside the reactor vessel at the level of the free surface of the fuel solution and arrange the outlet openings of the channels with the buffer medium in the reactor core at different depths.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 3, на котором представлена одна из возможных технологических схем реализации способа интенсификации тепломассообмена и устройства для его осуществления.The invention is illustrated by the drawing in FIG. 3, which shows one of the possible technological schemes for implementing the method of intensifying heat and mass transfer and a device for its implementation.

Пример конкретного исполнения устройства гомогенного ядерного реактора растворного типа для получения медицинских изотопов с низкообогащенным топливом (фиг. 3):An example of a specific embodiment of a device of a homogeneous solution-type nuclear reactor for producing medical isotopes with low enriched fuel (Fig. 3):

- мощность ядерного реактора 50 кВт;- power of a nuclear reactor 50 kW;

- топливный раствор уранилсульфата с обогащением 19,75% имеет концентрацию 400 г/литр;- fuel solution of uranyl sulfate with an enrichment of 19.75% has a concentration of 400 g / liter;

- объем активной зоны 3 ядерного реактора 28 литров;- the volume of the active zone 3 of a nuclear reactor is 28 liters;

- температура топливного раствора 80°С;- temperature of the fuel solution 80 ° C;

- давление в компенсационной камере 95% от давления окружающей среды;- pressure in the compensation chamber 95% of the ambient pressure;

- генератор колебаний 10 представляет собой пневмоцилиндр с внешним приводом двойного действия с максимальным объемом камер 0,5 литра каждая. Частота колебаний 0,5 Гц;- the oscillation generator 10 is a pneumatic cylinder with an external double-acting drive with a maximum chamber volume of 0.5 liters each. The oscillation frequency of 0.5 Hz;

- генератор колебаний расположен за пределами радиационной защиты и соединен трубами внутренним диаметром 14 мм с газо-вакуумной системой и реактором. Расширенные части труб 6.1, 6.2 расположены внутри корпуса реактора. Объем каждой расширенной части труб составляет 0,5 литра;- the oscillation generator is located outside the radiation protection and is connected by pipes with an inner diameter of 14 mm to the gas-vacuum system and the reactor. The expanded parts of the pipes 6.1, 6.2 are located inside the reactor vessel. The volume of each expanded part of the pipe is 0.5 liters;

- трубы генератора колебаний 10 соединены с выходной трубой системы каталитической рекомбинации водорода капиллярными трубками 11;- the pipes of the oscillation generator 10 are connected to the output pipe of the catalytic hydrogen recombination system by capillary tubes 11;

- теплообменник, охлаждающий топливный раствор, выполнен в виде однорядного четырехзаходного змеевика из нержавеющей трубы диаметром 10×1,5 мм. Поверхность теплообмена по внутреннему диаметру равна 0, 42 м²;- the heat exchanger cooling the fuel solution is made in the form of a single-row four-way coil from a stainless pipe with a diameter of 10 × 1.5 mm. The heat transfer surface of the inner diameter is 0, 42 m ² ;

- охлаждающая дистиллированная вода на входе в теплообменник имеет температуру 30°С и расход 1,2 л/с.- cooling distilled water at the inlet to the heat exchanger has a temperature of 30 ° C and a flow rate of 1.2 l / s.

Реактор работает следующим образом. Активная зона 3 заполняется топливным раствором. Компенсационная камера 7 заполняется газом до нужного уровня давления, который затем с ростом температуры топливного раствора и парогазовой смеси, повышается и при номинальной температуре топливного раствора 80°С становится равным 95% от окружающего атмосферного давления. Полости генератора колебаний 10 и соединительные каналы заполняются через капилляры газом до давления, равного давлению в компенсационной камере, вследствие чего часть топливного раствора заполняет расширенные участки труб 6.1 и 6.2 до среднего положения. Включается система охлаждения, обеспечивающая циркуляцию охлаждающей воды в змеевике 4. В процессе выхода реактора на мощность включается генератор колебаний 10, поршень которого попеременно выталкивает и втягивает газ в полости генератора, тем самым выталкивает и втягивает топливный раствор в каналы, соединяющие активную зону 3 с генератором колебаний 10. Струи топливного раствора, выбрасываемые из каналов, захватывают и присоединяют к своему потоку окружающую массу топливного раствора, создавая интенсивное перемешивание и конвекцию топливного раствора в активной зоне и на поверхности змеевика. Средний расход топливного раствора на выходе из канала диаметром 14 мм равен 0,5 л/с, средняя скорость топливного раствора составит 3,25 м/с. На начальном участке струи (60-67 мм) скорость ядра потока остается постоянной, а затем падает по закону обратной пропорциональности от расстояния, и, не достигая нулевого значения у стенок и днища корпуса реактора, отражается в обратном направлении, захватывая все новые слои топливного раствора. За период колебаний, равный двум секундам, струя успеет отразиться от дна и поверхности несколько раз, вовлекая в турбулентное движение весь объем топливного раствора. В таких условиях расслоения низкообогащенного топлива не происходит. Движение раствора в каналах совершается в противофазе, поэтому общий уровень топливного раствора в активной зоне остается постоянным. По результатам расчета коэффициент теплопередачи от топливного раствора к охлаждающей воде составил 2700 Вт/м²/К, что позволяет поддерживать мощность реактора на уровне 50 кВт при однорядном змеевике с площадью теплообмена 0,42 м². Необходимо отметить, что при существенном увеличении коэффициента теплоотдачи от топливного раствора к поверхности теплообмена становится целесообразным изготавливать трубы теплообменника из материала с более высоким коэффициентом теплопроводности, чем нержавеющая сталь, например, из вольфрама. В этом случае мощность того же самого ядерного реактора можно увеличить примерно на 15 кВт.The reactor operates as follows. The core 3 is filled with fuel solution. The compensation chamber 7 is filled with gas to the desired pressure level, which then increases with the temperature of the fuel solution and the gas mixture, and at a nominal temperature of the fuel solution of 80 ° C it becomes equal to 95% of the ambient atmospheric pressure. The cavities of the oscillation generator 10 and the connecting channels are filled through the capillaries with gas to a pressure equal to the pressure in the compensation chamber, as a result of which part of the fuel solution fills the expanded sections of the pipes 6.1 and 6.2 to the middle position. The cooling system is turned on, which circulates the cooling water in the coil 4. In the process of reaching the reactor power, the oscillation generator 10 is turned on, the piston of which alternately pushes and draws gas into the cavity of the generator, thereby pushes and draws the fuel solution into the channels connecting the active zone 3 to the generator oscillations 10. The jets of the fuel solution ejected from the channels capture and attach to their stream the surrounding mass of the fuel solution, creating intense mixing and convection t plivnogo solution in the core and a coil surface. The average flow rate of the fuel solution at the exit from the channel with a diameter of 14 mm is 0.5 l / s, the average speed of the fuel solution will be 3.25 m / s. In the initial section of the jet (60-67 mm), the speed of the flow core remains constant, and then falls according to the law of inverse proportionality to distance, and, not reaching a zero value at the walls and bottom of the reactor vessel, it is reflected in the opposite direction, capturing new layers of the fuel solution . Over a period of oscillations equal to two seconds, the jet will have time to bounce off the bottom and surface several times, involving the entire volume of the fuel solution in turbulent motion. Under such conditions, separation of low-enriched fuel does not occur. The movement of the solution in the channels is in antiphase, therefore, the total level of the fuel solution in the core remains constant. According to the calculation results, the heat transfer coefficient from the fuel solution to the cooling water was 2700 W / m ² / K, which allows maintaining the reactor power at 50 kW with a single-row coil with a heat exchange area of 0.42 m ² . It should be noted that with a significant increase in the heat transfer coefficient from the fuel solution to the heat exchange surface, it becomes advisable to produce heat exchanger tubes from a material with a higher thermal conductivity than stainless steel, for example, from tungsten. In this case, the power of the same nuclear reactor can be increased by about 15 kW.

Во время работы гомогенного реактора растворного типа на мощности в топливном растворе происходит образование из воды водорода и кислорода. Кроме того, образуются газовые осколки деления, например, такие как ксенон и криптон. В основном все газы вместе с парами воды выходят в систему каталитической рекомбинации, но часть их попадает в каналы системы возбуждения колебаний. Для того чтобы эти газы не накапливались в каналах, предусмотрены капиллярные трубки 11, соединяющие каналы с выходной трубой системы рекомбинации водорода, в которой газообразная смесь практически не содержит водорода. Колебания давления в каналах системы возбуждения колебаний относительно давления в выходной части системы рекомбинации приводят, во-первых, к выравниванию среднего давления в системе возбуждения колебаний и в системе каталитической рекомбинации, во-вторых, к выравниванию состава парогазовой среды в выходной части системы каталитической рекомбинации и в каналах системы возбуждения колебаний. Таким образом, в каналах системы возбуждения колебаний автоматически поддерживается необходимое давление и состав парогазовой среды.During operation of a homogeneous solution-type reactor at a power in a fuel solution, hydrogen and oxygen are formed from water. In addition, fission gas fragments are formed, for example, such as xenon and krypton. Basically, all gases, together with water vapor, enter the catalytic recombination system, but some of them enter the channels of the oscillation excitation system. In order to prevent these gases from accumulating in the channels, capillary tubes 11 are provided that connect the channels to the outlet pipe of the hydrogen recombination system, in which the gaseous mixture contains practically no hydrogen. The pressure fluctuations in the channels of the oscillation excitation system relative to the pressure in the output part of the recombination system lead, firstly, to equalization of the average pressure in the oscillation excitation system and the catalytic recombination system, and secondly, to equalize the composition of the gas-vapor medium in the output part of the catalytic recombination system and in the channels of the oscillation excitation system. Thus, in the channels of the oscillation excitation system, the necessary pressure and composition of the vapor-gas medium are automatically maintained.

При необходимости замены генератора колебаний 10, размещенного за пределами радиационной защиты реактора, предварительно откачивают газ из полостей генератора колебаний при закрытых клапанах 8.1 и 8.2 и открытых клапанах 8.3 и 8.4. Затем, полости генератора колебаний наполняют чистым газом, закрывают клапаны 8.3 и 8.4, разъединяют разъемы 9.1 и 9.2 и подсоединяют новый генератор колебаний.If it is necessary to replace the oscillation generator 10 located outside the radiation protection of the reactor, gas is preliminarily pumped out from the cavities of the oscillation generator with valves 8.1 and 8.2 closed and valves 8.3 and 8.4 open. Then, the cavity of the oscillation generator is filled with clean gas, the valves 8.3 and 8.4 are closed, the connectors 9.1 and 9.2 are disconnected and a new oscillation generator is connected.

Таким образом, получен технический результат, состоящий:Thus, a technical result is obtained, consisting of:

- в увеличении мощности реактора без увеличения поверхности теплообменника путем увеличения коэффициента теплообмена за счет возбуждения принудительной конвекции топливного раствора;- to increase the power of the reactor without increasing the surface of the heat exchanger by increasing the heat transfer coefficient due to the excitation of forced convection of the fuel solution;

- в предотвращении расслоения низкообогащенного топлива за счет интенсивного его перемешивания;- in preventing stratification of low enriched fuel due to its intensive mixing;

- в сохранении надежности и безопасности реактора, за счет исключения непосредственного контакта топливного раствора и движущихся частей генератора колебаний;- in maintaining the reliability and safety of the reactor, due to the exclusion of direct contact of the fuel solution and the moving parts of the oscillation generator;

- в улучшении условий эксплуатации реактора, путем размещения генератора колебаний за пределами радиационной защиты реактора.- to improve the operating conditions of the reactor, by placing the oscillation generator outside the radiation protection of the reactor.

Известна ядерная установка с растворным реактором «Аргус» (Афанасьев Н.М., Беневоленский A.M. и др. Реактор «Аргус» для лабораторий ядерно-физических методов анализа и контроля. Атомная энергия, т. 61, вып. 1, 1986 г.). Ядерный реактор содержит корпус с герметичной крышкой, в котором расположены активная зона в виде топливного раствора, компенсационная камера, заполненная парогазовой смесью, каналы для отбора и возврата парогазовой смеси, теплообменник, охлаждаемый внешним теплоносителем. В крышке корпуса расположены каналы для загрузки-выгрузки топливного раствора из активной зоны, для входа и выхода охлаждающего теплоносителя. Компенсационная камера соединена с системой каталитической рекомбинации водорода, выделяющегося из активной зоны, и с газо-вакуумной системой реактора.Known nuclear installation with a solution reactor "Argus" (Afanasyev NM, Benevolensky AM and others. The reactor "Argus" for laboratories of nuclear physical methods of analysis and control. Atomic energy, t. 61, issue 1, 1986) . The nuclear reactor contains a housing with a sealed cap, in which the active zone in the form of a fuel solution is located, a compensation chamber filled with a vapor-gas mixture, channels for the selection and return of the vapor-gas mixture, a heat exchanger cooled by an external heat carrier. Channels for loading and unloading the fuel solution from the core, for entering and leaving the coolant, are located in the housing cover. The compensation chamber is connected to the catalytic recombination system of hydrogen released from the core and to the gas-vacuum system of the reactor.

Известен ядерный гомогенный реактор (Патент РФ 2125743 от 27.01.1999, Ядерный гомогенный реактор, Долгов В.В., Козлов В.Я., Потоловский В.Г., Радченко В.П.), выбранный в качестве прототипа. Реактор состоит из корпуса, в котором расположена обечайка с днищем, в отверстии которого размещена камера смешения и сопло струйного эжектора, связанное с напорным патрубком насоса, размещенного вне корпуса реактора. Нижний край всасывающего патрубка опущен ниже днища обечайки, теплообменник контура охлаждения топливного раствора размещен между корпусом и обечайкой. На крышке корпуса реактора расположены патрубки для подсоединения газовой полости реактора к системе каталитической рекомбинации радиолитического водорода и кислорода для поддержания взрывобезопасной концентрации водорода при работе реактора на номинальной мощности.Known nuclear homogeneous reactor (RF Patent 2125743 from 01/27/1999, Nuclear homogeneous reactor, Dolgov V.V., Kozlov V.Ya., Potolovsky V.G., Radchenko V.P.), selected as a prototype. The reactor consists of a casing in which a shell with a bottom is located, in the opening of which there is a mixing chamber and a jet ejector nozzle connected with a discharge pipe of the pump located outside the reactor casing. The lower edge of the suction pipe is lowered below the bottom of the shell, the heat exchanger of the fuel solution cooling circuit is located between the housing and the shell. On the lid of the reactor vessel there are nozzles for connecting the gas cavity of the reactor to the catalytic recombination system of radiolytic hydrogen and oxygen to maintain an explosion-proof concentration of hydrogen when the reactor is operating at rated power.

Главным недостатком рассмотренного изобретения является непосредственный контакт топливного раствора делящегося вещества с высокоскоростными подвижными механическими частями насоса, что вызывает их коррозию и эрозию и приводит к износу насоса и повышенной опасности разгерметизации контура. К числу других недостатков описанного способа интенсификации тепломассообмена относится сложность обслуживания насоса, его ремонт или замена. Кроме того, большое количество конструкционных материалов в активной зоне ухудшает ее нейтронно-физические характеристики.The main disadvantage of the considered invention is the direct contact of the fuel solution of fissile material with high-speed moving mechanical parts of the pump, which causes their corrosion and erosion and leads to wear of the pump and an increased risk of depressurization of the circuit. Other disadvantages of the described method of intensifying heat and mass transfer include the difficulty of servicing the pump, its repair or replacement. In addition, a large number of structural materials in the core degrade its neutron-physical characteristics.

Задачей предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков при сохранении безопасности ядерного гомогенного реактора, присущей реакторам с естественной циркуляцией топливного раствора.The objective of the proposed invention is to remedy these disadvantages while maintaining the safety of a nuclear homogeneous reactor inherent in reactors with natural circulation of the fuel solution.

- в повышении безопасности реактора присущей реакторам с естественной конвекцией топливного раствора;- to increase the safety of the reactor inherent in reactors with natural convection of the fuel solution;

Для достижения технического результата в ядерном гомогенном реакторе растворного типа, содержащем корпус с крышкой, теплообменник внутри корпуса для охлаждения низкообогащенного топливного раствора, компенсационную камеру, заполненную парогазовой средой и соединенную с каталитической системой регенерации водорода и газо-вакуумной системой, предлагается:To achieve a technical result in a nuclear homogeneous solution-type reactor containing a housing with a cover, a heat exchanger inside the housing for cooling a low-enriched fuel solution, a compensation chamber filled with vapor-gas medium and connected to a catalytic hydrogen regeneration system and a gas-vacuum system, it is proposed:

- снабдить реактор системой возбуждения колебаний, содержащей, по меньшей мере, один генератор возвратно-поступательных колебаний буферной газообразной среды, который помещен за пределами радиационной защиты и соединен каналами с топливным раствором активной зоны через одну или несколько буферных сред, причем, каналы внутри корпуса реактора образуют теплообменник типа «труба в трубе», по внутренней трубе которого прокачивается охлаждающая вода, а в зазоре между внутренней и наружной трубой под воздействием генератора колебаний через буферную среду осуществляются возвратно- поступательные колебания топливного раствора.- provide the reactor with an excitation system containing at least one oscillating oscillator of a buffer gaseous medium, which is placed outside the radiation protection and is connected by channels to the fuel solution of the active zone through one or more buffer media, moreover, the channels inside the reactor vessel form a tube-in-pipe heat exchanger, on whose inner pipe cooling water is pumped, and in the gap between the inner and outer pipes under the influence of an oscillation generator through The buffer medium carries out reciprocating oscillations of the fuel solution.

- теплообменник типа «труба в трубе» выполнить в виде многозаходного змеевика;- heat exchanger of the "pipe in pipe" type in the form of a multi-way coil;

- трубы теплообменника выполнить из высокотеплопроводного материала;- heat exchanger pipes made of highly conductive material;

- в качестве одной из буферных сред использовать газообразную смесь, сообщающуюся через капиллярные трубки с выходной трубой системы каталитической рекомбинации;- use a gaseous mixture communicating via capillary tubes with the outlet pipe of the catalytic recombination system as one of the buffer media;

- давление парогазовой среды в компенсационной камере и в буферных средах задать на уровне, обеспечивающем работоспособность реактора с увеличенной удельной мощностью тепловыделения и при повышенном выходе «гремучего» газа;- the pressure of the vapor-gas medium in the compensation chamber and in the buffer media is set at a level that ensures the operability of the reactor with an increased specific heat release power and with an increased output of "detonating" gas;

- генераторы системы возбуждения колебаний расположить за пределами радиационной защиты и снабдить герметичными разъемами и отсечной арматурой.- locate the oscillation excitation system generators outside the radiation protection and provide hermetic connectors and shutoff valves.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 4, на котором представлена одна из возможных технологических схем ядерного гомогенного реактора с низкообогащенным топливом, в котором каналы системы возбуждения колебаний, погруженные в топливный раствор, представляют собой кольцевые зазоры четырехзаходного змеевикового теплообменника типа «труба в трубе». По внутренней трубе 4.1 теплообменника 4 прокачивается охлаждающая дистиллированная вода, а по наружной трубе 4.2 - топливный раствор, совершающий под действием генератора колебаний возвратно-поступательное движение.The invention is illustrated by the drawing in FIG. 4, which shows one of the possible technological schemes of a nuclear homogeneous reactor with low enriched fuel, in which the channels of the excitation system immersed in the fuel solution are the ring gaps of the four-way coil pipe-to-pipe heat exchanger. Cooling distilled water is pumped through the inner pipe 4.1 of the heat exchanger 4, and a fuel solution is pumped through the outer pipe 4.2, which makes a reciprocating motion under the action of the oscillation generator.

В частном случае реализации ядерного гомогенного реактора охлаждающая вода поступает в реактор через герметичную крышку 2 по двум каналам, затем разветвляется на четыре захода внутренней трубы 4.1 теплообменника 4. Два канала буферной нейтральной среды также проходят через крышку реактора и разветвляются на четыре захода наружной трубы 4.2 теплообменника 4. На выходе из теплообменника 4 охлаждающая вода собирается в два потока, которые через крышку 2 возвращаются в систему охлаждения реактора.In the particular case of the implementation of a nuclear homogeneous reactor, cooling water enters the reactor through a sealed cover 2 in two channels, then branches into four runs of the inner tube 4.1 of the heat exchanger 4. Two channels of the buffer neutral medium also pass through the reactor cover and branch into four runs of the outer pipe 4.2 of the heat exchanger 4. At the outlet of the heat exchanger 4, the cooling water is collected in two flows, which through the cover 2 are returned to the reactor cooling system.

Пример конкретного исполнения устройства гомогенного ядерного реактора растворного типа с низкообогащенным топливом (фиг. 4):An example of a specific embodiment of a device of a homogeneous solution-type nuclear reactor with low enriched fuel (Fig. 4):

- мощность ядерного реактора 100 кВт;- power of a nuclear reactor 100 kW;

- топливный раствор уранилсульфата с обогащением 19,75% имеет концентрацию 400 г/л;- fuel solution of uranyl sulfate with an enrichment of 19.75% has a concentration of 400 g / l;

- объем активной зоны ядерного реактора 28 литров;- the volume of the active zone of a nuclear reactor is 28 liters;

- температура топливного раствора 85°С;- temperature of the fuel solution 85 ° C;

- давление в компенсационной камере 2,5 бар;- pressure in the compensation chamber 2.5 bar;

- генератор колебаний 10 представляет собой пневмоцилиндр с внешним приводом двойного действия с максимальным объемом камер 1 литр каждая. Частота колебаний 0,5 Гц;- the oscillation generator 10 is a pneumatic cylinder with an external double-acting drive with a maximum chamber volume of 1 liter each. The oscillation frequency of 0.5 Hz;

- генератор колебаний расположен за пределами радиационной защиты реактора и соединен трубами внутренним диаметром 14 мм с газо-вакуумной системой и реактором. Расширенные участки труб 6.1, 6.2 расположены внутри корпуса реактора на уровне свободной поверхности топливного раствора активной зоны. Объем каждой расширенной части труб составляет 0,7 литра;- the oscillation generator is located outside the radiation protection of the reactor and is connected by pipes with an inner diameter of 14 mm to the gas-vacuum system and the reactor. Extended sections of pipes 6.1, 6.2 are located inside the reactor vessel at the level of the free surface of the fuel solution of the core. The volume of each expanded part of the pipe is 0.7 liters;

- охлаждающий теплообменник типа «труба в трубе» выполнен в виде четырехзаходного змеевика из вольфрама, внутренняя труба которого имеет диаметр 11×1,5 мм, наружная труба имеет диаметр 18×0,5 мм. Поверхность теплообмена по среднему диаметру внутренней трубы равна 0, 3 м²;- the cooling heat exchanger of the "pipe in pipe" type is made in the form of a four-way coil made of tungsten, the inner pipe of which has a diameter of 11 × 1.5 mm, the outer pipe has a diameter of 18 × 0.5 mm. The heat exchange surface along the average diameter of the inner pipe is 0.3 m ² ;

Реактор работает следующим образом. Активная зона 3 заполняется топливным раствором. Компенсационная камера 7 заполняется газом до нужного уровня давления, который с ростом температуры топливного раствора повышается при выводе реактора на номинальную мощность. Безопасная принудительная интенсификация тепломассообмена в активной зоне реактора позволяет увеличить объемную плотность тепловыделения, т.е. удельную мощность реактора, однако при неизменных рабочих давлении и температуре активной зоны за счет увеличения пропорционально удельной мощности реактора выхода газов из топливного раствора пористость активной зоны возрастет. Срабатывает отрицательный пустотный коэффициент реактивности, и реактор останавливается при невозможности компенсации эффекта органами системы управления и защиты реактора. Поэтому при повышении удельной мощности реактора для поддержания его работоспособности необходимо увеличивать рабочее давление в компенсационной камере. Это проще и дешевле, чем увеличивать загрузку топливного раствора и габаритов реактора. При мощности реактора 100 кВт достаточно (с запасом) увеличить рабочее давление в компенсационной камере до 2,5 бар, оставив загрузку топливного раствора и габариты реактора типа «Аргус».The reactor operates as follows. The core 3 is filled with fuel solution. The compensation chamber 7 is filled with gas to the desired pressure level, which increases with increasing temperature of the fuel solution when the reactor is brought to its rated power. Safe forced intensification of heat and mass transfer in the reactor core allows increasing the bulk density of heat generation, i.e. the specific power of the reactor, however, at constant operating pressure and temperature of the core due to an increase in proportion to the specific power of the reactor, the gas outlet from the fuel solution will increase the porosity of the core. A negative void reactivity coefficient is triggered, and the reactor stops when it is impossible to compensate for the effect by the control and protection system of the reactor. Therefore, with an increase in the specific power of the reactor, in order to maintain its operability, it is necessary to increase the working pressure in the compensation chamber. It is simpler and cheaper than increasing the load of the fuel solution and the dimensions of the reactor. With a reactor power of 100 kW it is enough (with a margin) to increase the working pressure in the compensation chamber to 2.5 bar, leaving the fuel solution loading and the dimensions of the Argus type reactor.

Полости генератора колебаний 10 и соединительные каналы заполняются газом через отсечной клапан 8.3 из газовакуумной системы до давления, равного давлению в компенсационной камере. Начальный уровень топливного раствора в расширенных участках труб 6.1 и 6.2 и в активной зоне выравнивается. Включается система охлаждения, обеспечивающая циркуляцию охлаждающей воды во внутренней трубе 4.1 теплообменника 4. В процессе выхода реактора на мощность включается генератор колебаний 10, поршень которого попеременно выталкивает и втягивает газ в полости генератора, тем самым выталкивает и втягивает топливный раствор в кольцевые каналы теплообменника 4 и расширенные участки труб 6.1 и 6.2. Средняя скорость течения топливного раствора в кольцевом канале теплообменника обеспечивает коэффициент теплоотдачи к внутренней трубе 4.1 теплообменника 4 достаточный для отвода 100 кВт тепла. Струи топливного раствора, выбрасываемые из кольцевых каналов теплообменника 4, захватывают и присоединяют к своему потоку окружающую массу топливного раствора, создавая интенсивное перемешивание и препятствуя расслоению топливного раствора в активной зоне. Среднее давление и состав буферной газообразной среды в системе возбуждения колебаний автоматически поддерживается на нужном уровне, сообщаясь с парогазовой средой, выходящей из системы каталитической рекомбинации через, капиллярные трубки 11.The cavities of the oscillation generator 10 and the connecting channels are filled with gas through a shut-off valve 8.3 from the gas-vacuum system to a pressure equal to the pressure in the compensation chamber. The initial level of the fuel solution in the extended sections of the pipes 6.1 and 6.2 and in the core is leveled. The cooling system is turned on, which circulates the cooling water in the inner tube 4.1 of the heat exchanger 4. During the reactor’s output to power, the oscillation generator 10 is turned on, the piston of which alternately pushes and draws gas into the cavity of the generator, thereby pushes and draws the fuel solution into the annular channels of the heat exchanger 4 and extended pipe sections 6.1 and 6.2. The average flow rate of the fuel solution in the annular channel of the heat exchanger provides a heat transfer coefficient to the inner tube 4.1 of the heat exchanger 4 sufficient to remove 100 kW of heat. The jets of the fuel solution ejected from the annular channels of the heat exchanger 4 capture and attach to their stream the surrounding mass of the fuel solution, creating intense mixing and preventing the separation of the fuel solution in the core. The average pressure and composition of the buffer gaseous medium in the oscillation excitation system is automatically maintained at the desired level, communicating with the vapor-gas medium leaving the catalytic recombination system through capillary tubes 11.

При необходимости замены генератора колебаний 10, расположенного за пределами радиационной защиты реактора, предварительно откачивают газ из полостей генератора колебаний при закрытых клапанах 8.1 и 8.2 и открытых клапанах 8.3 и 8.4. Затем, полости генератора колебаний наполняют чистым газом, закрывают клапаны 8.3 и 8.4, разъединяют разъемы 9.1 и 9.2 и подсоединяют новый генератор колебаний.If it is necessary to replace the oscillation generator 10 located outside the radiation protection of the reactor, gas is preliminarily pumped out from the cavities of the oscillation generator with the valves 8.1 and 8.2 closed and the valves 8.3 and 8.4 open. Then, the cavity of the oscillation generator is filled with clean gas, the valves 8.3 and 8.4 are closed, the connectors 9.1 and 9.2 are disconnected and a new oscillation generator is connected.

- в увеличении мощности реактора без увеличения габаритов реактора путем увеличения коэффициента теплообмена за счет возбуждения возвратно-поступательных колебаний топливного раствора в теплообменнике;- to increase the reactor power without increasing the dimensions of the reactor by increasing the heat transfer coefficient due to the excitation of the reciprocating oscillations of the fuel solution in the heat exchanger;

Известна ядерная установка с растворным реактором «Аргус» (Афанасьев Н.М, Беневоленский A.M. и др. Реактор «Аргус» для лабораторий ядерно-физических методов анализа и контроля. Атомная энергия, т. 61, вып. 1, 1986 г.). Ядерный реактор содержит корпус с герметичной крышкой, в котором расположены активная зона в виде топливного раствора, компенсационная камера, заполненная газообразной средой, сообщающаяся через два патрубка, проходящие через крышку реактора, с системой каталитической рекомбинации водород-кислородной смеси. Система каталитической рекомбинации состоит из каталитического рекомбинатора, конденсатора паров воды, образующихся в процессе рекомбинации водорода и кислорода, и трубопроводов, связывающих рекомбинатор, конденсатор и компенсационную камеру реактора. Газовая смесь, содержащая водород и кислород, является взрывоопасной смесью, если она содержит в своем составе более 4% водорода. Для того чтобы избежать превышения опасного порога концентрации водорода, в системе каталитической рекомбинации организована естественная циркуляция парогазовой смеси, поток которой захватывает водород и снижает его концентрацию до величины ≤4%. Безопасное сжигание водорода в кислороде осуществляется в каталитическом рекомбинаторе. Образовавшийся водяной пар превращается в воду в конденсаторе и возвращается по выходной трубе в активную зону реактора, тем самым поддерживается оптимальная концентрация водного раствора уранилсульфата.Known nuclear installation with a solution reactor "Argus" (Afanasyev N.M., Benevolensky A.M. and others. The reactor "Argus" for laboratories of nuclear physical methods of analysis and control. Atomic energy, t. 61, issue 1, 1986). The nuclear reactor contains a housing with a sealed cap, in which the active zone in the form of a fuel solution is located, a compensation chamber filled with a gaseous medium, communicating through two nozzles passing through the reactor cover with a system of catalytic recombination of a hydrogen-oxygen mixture. The catalytic recombination system consists of a catalytic recombiner, a condenser of water vapor generated during the recombination of hydrogen and oxygen, and pipelines connecting the recombiner, condenser, and reactor compensation chamber. A gas mixture containing hydrogen and oxygen is an explosive mixture if it contains more than 4% hydrogen. In order to avoid exceeding the hazardous threshold for hydrogen concentration, a natural circulation of the gas-vapor mixture is organized in the catalytic recombination system, the flow of which captures hydrogen and reduces its concentration to ≤4%. Safe combustion of hydrogen in oxygen is carried out in a catalytic recombiner. The resulting water vapor is converted into water in a condenser and returned through the outlet pipe to the reactor core, thereby maintaining the optimal concentration of an aqueous solution of uranyl sulfate.

Основным недостатком реактора «Аргус» является низкая эффективность при производстве медицинских изотопов для коммерческих целей. Причина этого заключается в применении естественной конвекции, которая не позволяет существенно повысить мощность реактора, его систем и, следовательно, выход полезных изотопов. Мощность системы каталитической рекомбинации прямо пропорциональна мощности реактора. В соответствии с ростом мощности системы каталитической рекомбинации водорода для осуществления естественной циркуляции необходимо увеличивать габариты всех конструкционных элементов системы. Разумный предел увеличения габаритов наступает в каждом конкретном случае реализации ядерного реактора для производства медицинских изотопов. Считается, что этот предел наступает при мощности реактора равной 80 кВт.The main disadvantage of the Argus reactor is its low efficiency in the production of medical isotopes for commercial purposes. The reason for this is the use of natural convection, which does not significantly increase the power of the reactor, its systems and, consequently, the yield of useful isotopes. The power of the catalytic recombination system is directly proportional to the power of the reactor. In accordance with the increase in the power of the catalytic hydrogen recombination system for natural circulation, it is necessary to increase the dimensions of all structural elements of the system. A reasonable limit to the increase in size occurs in each case of the implementation of a nuclear reactor for the production of medical isotopes. It is believed that this limit occurs at a reactor power of 80 kW.

Технический результат изобретения состоит:The technical result of the invention consists of:

- в увеличении мощности системы каталитической рекомбинации реактора и уменьшении габаритов за счет возбуждения принудительной циркуляции парогазовой смеси;- in increasing the capacity of the catalytic recombination system of the reactor and reducing the size due to the excitation of forced circulation of the gas mixture;

- в сохранении надежности и безопасности реактора за счет исключения непосредственного контакта радиоактивной парогазовой смеси и движущихся частей генератора колебаний;- in maintaining the reliability and safety of the reactor by eliminating direct contact of the radioactive vapor-gas mixture and the moving parts of the oscillation generator;

- в улучшении условий эксплуатации генератора колебаний путем разделения радиоактивной парогазовой смеси и генератора колебаний жидкой и газообразной нейтральными средами и размещения генератора колебаний за пределами радиационной защиты реактора.- to improve the operating conditions of the oscillation generator by separating the radioactive vapor-gas mixture and the oscillation generator of liquid and gaseous neutral media and placing the oscillation generator outside the radiation protection of the reactor.

Для достижения технического результата в ядерном гомогенном реакторе растворного типа для получения медицинских изотопов предлагается:To achieve a technical result in a nuclear homogeneous solution-type reactor for the production of medical isotopes, it is proposed:

- выходную трубу контура системы каталитической рекомбинации водорода соединить с системой возбуждения колебаний, содержащей, по меньшей мере, один генератор колебаний газообразной буферной среды, четыре емкости, наполовину заполненные жидкой буферной средой, сообщающиеся внизу парами (первая со второй и третья с четвертой), два соединительных канала между газовыми объемами четных емкостей и генератором колебаний и два соединительных канала между газовыми объемами нечетных емкостей и выходной трубой системы каталитической рекомбинации, которая разделена на две параллельные ветви, в каждую из которых встроена пара обратных клапанов, расположенных с двух сторон от точки подключения канала системы возбуждения колебаний;- connect the outlet pipe of the catalytic recombination system of hydrogen to an oscillation excitation system containing at least one oscillator of a gaseous buffer medium, four tanks half-filled with liquid buffer medium communicating in pairs below (the first, second, third and fourth), two connecting channels between the gas volumes of even capacities and the oscillation generator and two connecting channels between the gas volumes of odd capacities and the outlet pipe of the catalytic recombin system ns, which is divided into two parallel branches, each of which also has a pair of check valves located on both sides of the connection point of the channel fluctuations of the excitation system;

- соединительные каналы между емкостями системы возбуждения колебаний и системой каталитической рекомбинации подключить к емкостям сбоку немного выше верхнего достигаемого при колебаниях уровня жидкой буферной среды и выше точек подключения соединительных каналов к системе каталитической рекомбинации;- connect the connecting channels between the tanks of the oscillation excitation system and the catalytic recombination system to the tanks at the side slightly higher than the upper level of the liquid buffer medium achieved with fluctuations and above the points of connecting the connecting channels to the catalytic recombination system;

- генераторы колебаний системы возбуждения колебаний поместить за пределами радиационной защиты реактора и снабдить герметичными разъемами и отсечной арматурой;- place the oscillation generators of the oscillation excitation system outside the radiation protection of the reactor and provide hermetic connectors and shut-off valves;

- среднее давление газообразной буферной среды в системе возбуждения колебаний с помощью газовакуумной системы реактора установить на уровне, соответствующем давлению в компенсационной камере реактора.- the average pressure of the gaseous buffer medium in the oscillation excitation system using the gas-vacuum system of the reactor is set at a level corresponding to the pressure in the compensation chamber of the reactor.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 5, где изображены реактор 1, компенсационная камера 2, рекомбинатор системы каталитической рекомбинации 3, конденсатор 4, две ветви выходной трубы системы каталитической рекомбинации и встроенные в каждую из них пары обратных клапанов 5.1…5.4, емкости 6.1…6.4 с жидкой буферной средой, генератор колебаний 7 газообразной буферной среды. Генератор колебаний 7 соединен каналами через отсечную арматуру 8.1, 8.2 и герметичные разъемы 9.1 и 9.2 с емкостями 6.1 и 6.3. Газообразная буферная среда подается в систему возбуждения колебаний через клапан 8.3. Линии заправки емкостей жидкой буферной средой на чертеже не показаны.The invention is illustrated by the drawing in FIG. 5, which shows the reactor 1, the compensation chamber 2, the recombiner of the catalytic recombination system 3, the capacitor 4, two branches of the outlet pipe of the catalytic recombination system and pairs of check valves 5.1 ... 5.4, tanks 6.1 ... 6.4 with liquid buffer medium built into each of them, a generator oscillations 7 of a gaseous buffer medium. The oscillation generator 7 is connected by channels through shutoff valves 8.1, 8.2 and sealed connectors 9.1 and 9.2 with capacities 6.1 and 6.3. A gaseous buffer medium is supplied to the oscillation excitation system through valve 8.3. Lines for filling containers with liquid buffer medium are not shown in the drawing.

В частном случае исполнения, представленном на фиг. 5, используются две буферные среды - жидкая (дистиллированная вода) и газообразная (воздух). Жидкая буферная среда в исходном положении заполняет половину емкостей 6.1…6.4. Емкости расположены выше крышки реактора, поэтому избыток воды, попавший из системы каталитической рекомбинации в виде конденсата, сливается обратно в ветви выходной трубы системы каталитической рекомбинации. Газовая полость емкости 6.2 соединена каналом с выходной ветвью системы каталитической рекомбинации, в которую встроены обратные клапаны 5.2 и 5.4. Газовая полость емкости 6.4 соединена каналом с выходной ветвью системы каталитической рекомбинации, в которую встроены обратные клапаны 5.1 и 5.3.In the particular case of execution shown in FIG. 5, two buffer media are used - liquid (distilled water) and gaseous (air). The liquid buffer medium in the initial position fills half of the tanks 6.1 ... 6.4. The tanks are located above the reactor lid, so the excess water that has fallen from the catalytic recombination system in the form of condensate is drained back into the branches of the outlet pipe of the catalytic recombination system. The gas cavity of the tank 6.2 is connected by a channel to the output branch of the catalytic recombination system, in which the check valves 5.2 and 5.4 are integrated. The gas cavity of the vessel 6.4 is connected by a channel to the output branch of the catalytic recombination system, into which the check valves 5.1 and 5.3 are integrated.

Реактор на фиг. 5 работает следующим образом. Во время вывода на номинальную мощность заправленного всеми необходимыми компонентами реактора включают генератор колебаний 7 системы возбуждения колебаний. Под действием генератора колебаний 7 газообразная буферная среда передает возвратно-поступательное движение жидкой буферной среде в емкостях 6.1 и 6.3 и перемещает ее от нижнего уровня до верхнего уровня и обратно. Одновременно в газовых полостях емкостей 6.2, 6.4 и каналах, подключенных к системе каталитической рекомбинации, парогазовая смесь совершает также возвратно-поступательное движение. Обратные клапаны, встроенные в две ветви выходной трубы системы каталитической рекомбинации, преобразуют это движение в однонаправленное пульсирующее движение. Таким образом, парогазовая смесь вместе с водой, образовавшейся в конденсаторе, проталкивается в компенсационную камеру. Под действием силы тяжести вода возвращается в топливный раствор, а парогазовая смесь с новой порцией водорода и кислорода, покинувших активную зону, всасывается в систему каталитической рекомбинации, снова превращается в водяной пар, затем, в воду. Под действием системы возбуждения возвратно-поступательного движения жидкой буферной среды и газообразной смеси в каналах, подключенных к системе каталитической рекомбинации, процесс повторяется.The reactor of FIG. 5 works as follows. During the output to the rated power of the reactor charged with all necessary components, the oscillation generator 7 of the oscillation excitation system is switched on. Under the action of the oscillation generator 7, the gaseous buffer medium transmits reciprocating motion to the liquid buffer medium in the containers 6.1 and 6.3 and moves it from the lower level to the upper level and vice versa. At the same time, in the gas cavities of the containers 6.2, 6.4 and the channels connected to the catalytic recombination system, the gas-vapor mixture also makes a reciprocating motion. Check valves built into the two branches of the outlet pipe of the catalytic recombination system convert this motion into a unidirectional pulsating motion. Thus, the gas-vapor mixture, together with the water formed in the condenser, is pushed into the compensation chamber. Under the influence of gravity, the water returns to the fuel solution, and the vapor-gas mixture with a new portion of hydrogen and oxygen, leaving the active zone, is absorbed into the catalytic recombination system, turns back into water vapor, and then into water. Under the action of the excitation system of the reciprocating movement of the liquid buffer medium and the gaseous mixture in the channels connected to the catalytic recombination system, the process repeats.

Пример конкретного исполнения ядерного гомогенного реактора растворного типа с принудительной прокачкой парогазовой смеси в контуре системы каталитической рекомбинации представлен ниже.An example of a specific embodiment of a nuclear homogeneous solution-type reactor with forced pumping of a gas-vapor mixture in the circuit of a catalytic recombination system is presented below.

- тепловая мощность реактора 50 кВт;- thermal power of the reactor 50 kW;

- давление в компенсационной камере 3 бар;- pressure in the compensation chamber 3 bar;

- удельный выход «гремучей смеси» 0,0042 норм.л/кВт/с;- specific yield of "explosive mixture" 0,0042 normal.l / kW / s;

- содержание водорода в парогазовой смеси 3% (принято);- the hydrogen content in the vapor-gas mixture is 3% (accepted);

- объемный расход водорода на входе в систему каталитической рекомбинации 0,06 л/с;- volumetric flow rate of hydrogen at the entrance to the catalytic recombination system of 0.06 l / s;

- объемный расход парогазовой смеси 2 л/с;- volumetric flow rate of a gas-vapor mixture of 2 l / s;

- рабочий объем буферных емкостей 10 л;- working volume of buffer tanks 10 l;

- период колебаний буферной жидкости в рабочем диапазоне объемов емкостей 10 с;- the period of oscillation of the buffer fluid in the working range of the volume of capacities 10 s;

- диаметр соединительных трубопроводов в системе каталитической рекомбинации 30 мм;- the diameter of the connecting pipelines in the catalytic recombination system is 30 mm;

- скорость течения парогазовой смеси в трубопроводе 2,8 м/с.- the velocity of the gas-vapor mixture in the pipeline is 2.8 m / s.

Мощность системы каталитической рекомбинации ядерного реактора регулируется частотой колебаний буферной жидкости в емкостях. Например, если период колебаний буферной жидкости в емкостях уменьшить до 8 секунд, то объемный расход парогазовой смеси в системе каталитической рекомбинации увеличится до 2,5 л/с. Это означает, что при сохранении всех прочих параметров реактора, можно поднять его мощность до 62,5 кВт, или при неизменной мощности реактора уменьшить процентное содержание водорода в парогазовой смеси до 2,5%. Таким образом, система каталитической рекомбинации становится управляемой.The power of the catalytic recombination system of a nuclear reactor is controlled by the oscillation frequency of the buffer fluid in the tanks. For example, if the period of oscillations of the buffer fluid in the tanks is reduced to 8 seconds, then the volumetric flow rate of the vapor-gas mixture in the catalytic recombination system will increase to 2.5 l / s. This means that while maintaining all other parameters of the reactor, it is possible to increase its power to 62.5 kW, or if the reactor power is unchanged, reduce the percentage of hydrogen in the vapor-gas mixture to 2.5%. Thus, the catalytic recombination system becomes controllable.

Получен технический результат, который состоит:The technical result is obtained, which consists of:

- в управляемом увеличении мощности системы каталитической рекомбинации реактора и уменьшении габаритов за счет возбуждения принудительной циркуляции парогазовой смеси;- in a controlled increase in the power of the catalytic recombination system of the reactor and a decrease in size due to the excitation of forced circulation of the vapor-gas mixture;

- в сохранении надежности и безопасности реактора, за счет исключения непосредственного контакта радиоактивной парогазовой смеси и движущихся частей генератора колебаний;- in maintaining the reliability and safety of the reactor, by eliminating direct contact of the radioactive vapor-gas mixture and the moving parts of the oscillation generator;

Известен жидкосолевой реактор-размножитель на тепловых нейтронах MSBR-1000 (Блинкин В.Л., Новиков В.М. «Жидкосолевые ядерные реакторы», М.: Атомиздат, 1978). В известном устройстве топливная жидкосолевая композиция прокачивается насосом через реактор в первом контуре. Генерируемое тепло передается от жидкосолевой топливной композиции через теплообменник к жидкосолевому охлаждающему теплоносителю второго контура. Жидкосолевой охлаждающий теплоноситель отдает тепло в парогенераторе рабочему телу паротурбинной электрогенерирующей установки.The well-known MSBR-1000 thermal salt neutron breeder reactor (Blinkin V.L., Novikov V.M. "Liquid salt nuclear reactors", Moscow: Atomizdat, 1978). In the known device, the fuel liquid salt composition is pumped through the reactor in the primary circuit by a pump. The generated heat is transferred from the liquid-salt fuel composition through a heat exchanger to the liquid-salt cooling medium of the second circuit. The liquid salt cooling coolant transfers heat in the steam generator to the working fluid of the steam turbine power generating unit.

К основным недостаткам MSBR-1000 относятся следующие:The main disadvantages of the MSBR-1000 include the following:

- большое количество топлива находится вне корпуса реактора в трубопроводах и другом оборудовании контура циркуляции топливной композиции;- a large amount of fuel is located outside the reactor vessel in pipelines and other equipment of the circulation circuit of the fuel composition;

- непосредственный контакт топливной композиции с подвижными частями насосов;- direct contact of the fuel composition with the moving parts of the pumps;

- при циркуляции топлива через реактор часть запаздывающих нейтронов покидает активную зону с потоком топлива, поэтому реактивность реактора с циркулирующим топливом меньше реактивности реактора с топливом, не выходящим за пределы корпуса реактора.- when the fuel is circulated through the reactor, a part of the delayed neutrons leaves the active zone with the fuel flow, therefore, the reactivity of the reactor with circulating fuel is less than the reactivity of the reactor with fuel that does not extend outside the reactor vessel.

Наиболее близким по технической сути к заявленному жидкосолевому ядерному реактору является жидкосолевой ядерный реактор (Ермолов Н.А. «Жидкосолевой ядерный реактор (варианты)», патент РФ №2424587 от 20.07.2011), корпус которого оснащен, по меньшей мере, одним входным и одним выходным патрубками охлаждающего теплоносителя и содержит камеру активной зоны с находящимися в ней трубчатыми стержнями замедлителя (для варианта реактора на тепловых нейтронах). Над камерой активной зоны установлены нижняя и верхняя трубные решетки под трубопроводы охлаждающего теплоносителя, опущенные в камеру активной зоны парами «труба в трубе». Внутренний трубопровод установлен с просветом для прохода охлаждающего теплоносителя во внешнем, заглушенном снизу трубопроводе. Трубчатые стержни замедлителя в камере активной зоны установлены коаксиально с трубами для охлаждающего теплоносителя и имеют вверху и внизу отверстия для циркуляции жидкосолевой композиции в зазоре между замедлителем и охлаждающей трубой.The closest in technical essence to the claimed liquid salt nuclear reactor is a liquid salt nuclear reactor (N. Yermolov “Liquid salt nuclear reactor (options)”, RF patent No. 2424587 dated 07.20.2011), the casing of which is equipped with at least one input and one outlet nozzles of the cooling coolant and contains a chamber of the active zone with the tubular retarder rods located in it (for a variant of a thermal neutron reactor). Above the chamber of the active zone, lower and upper tube sheets are installed under the pipelines of the cooling coolant, lowered into the chamber of the active zone in pairs "pipe in pipe". The internal pipeline is installed with a clearance for the passage of the cooling fluid in the external pipe drowned from below. The tubular retarder rods in the core chamber are installed coaxially with the pipes for the cooling medium and have holes at the top and bottom for circulating the liquid salt composition in the gap between the moderator and the cooling pipe.

Известен вариант жидкосолевого ядерного реактора на тепловых нейтронах с отделенной перегородкой зоной воспроизводства ядерного топлива.A known variant of a liquid-salt thermal neutron reactor with a septum-separated nuclear fuel reproduction zone.

Известен вариант жидкосолевого ядерного реактора на быстрых нейтронах без зоны воспроизводства ядерного топлива, в котором трубчатые стержни замедлителя в камере активной зоны заменены стальными трубами.A known variant of a liquid-salt fast-neutron nuclear reactor without a nuclear fuel reproduction zone, in which the tubular moderator rods in the core chamber are replaced by steel pipes.

Известен вариант жидкосолевого ядерного реактора на быстрых нейтронах отличающийся от предыдущего тем, что он содержит в камере активной зоны отделенную перегородкой зону воспроизводства ядерного топлива.A known variant of a liquid salt fast fast neutron reactor differs from the previous one in that it contains a nuclear fuel reproduction zone separated by a partition in the core chamber.

В известном жидкосолевом ядерном реакторе циркуляция топливной композиции осуществляется за счет естественной конвекции. Основным недостатком жидкосолевого ядерного реактора, использующего естественную циркуляцию для отвода тепла, является намного меньшая мощность в сравнении с реактором, использующим принудительную циркуляцию жидкосолевой топливной композиции при одинаковых габаритах реакторов.In the known liquid salt nuclear reactor, the fuel composition is circulated by natural convection. The main disadvantage of a liquid salt nuclear reactor using natural circulation to remove heat is much lower power compared to a reactor using forced circulation of a liquid salt fuel composition with the same reactor dimensions.

- в обеспечении безопасности жидкосолевого реактора, присущей реакторам с естественной циркуляцией жидкосолевой топливной композиции, путем исключения непосредственного контакта жидкосолевой топливной композиции с движущимися частями генератора колебаний, вынуждающего движение жидкосолевой топливной композиции, и получении значительно большей мощности, чем при естественной циркуляции жидкосолевой топливной композиции;- to ensure the safety of the liquid salt reactor inherent in reactors with the natural circulation of the liquid salt fuel composition by eliminating direct contact of the liquid salt fuel composition with the moving parts of the oscillation generator forcing the movement of the liquid salt fuel composition and to obtain significantly greater power than with the natural circulation of the liquid salt fuel composition;

- в удобстве обслуживания генератора колебаний путем размещения его за пределами радиационной защиты реактора;- in the convenience of servicing the oscillation generator by placing it outside the radiation protection of the reactor;

- в уменьшении и даже в отсутствии жидкосолевой топливной композиции, находящейся вне корпуса реактора;- in reducing and even in the absence of a liquid salt fuel composition located outside the reactor vessel;

- в уменьшении количества запаздывающих нейтронов, покидающих активную зону.- in reducing the number of delayed neutrons leaving the core.

Для достижения технического результата в жидкосолевом ядерном реакторе, состоящем из корпуса, оснащенного, по меньшей мере, одним входным и одним выходным патрубками охлаждающего теплоносителя, содержащим не менее двух компенсаторов теплового расширения жидкосолевой топливной композиции, камеру активной зоны и находящиеся в ней трубчатые стержни замедлителя, нижнюю и верхнюю трубные решетки под трубопроводы охлаждающего теплоносителя, опущенные в камеру активной зоны парами «труба в трубе», предлагается в корпусе реактора между нижней трубной решеткой охлаждающего теплоносителя и свободной поверхностью жидкосолевой топливной композиции установить трубную решетку для трубчатых стержней замедлителя, которые разделяют жидкосолевую топливную композицию на сообщающиеся внизу объемы, оснастить газовые полости сверху и снизу трубной решетки стержней замедлителя патрубками для подвода газообразной буферной среды и соединения с системой возбуждения колебаний, содержащей, по меньшей мере, один генератор возвратно-поступательных колебаний газообразной буферной среды, регенераторы тепла и охладители, установленные в каждом соединительном канале между генераторами колебаний и реактором, причем генераторы колебаний помещены за пределами радиационной защиты, снабжены герметичными разъемами и отсечной арматурой.To achieve a technical result in a liquid-salt nuclear reactor, consisting of a vessel equipped with at least one inlet and one outlet nozzles of a coolant containing at least two expansion joints for the thermal expansion of the liquid-salt fuel composition, the core of the core and the retarder tubular rods located therein, the lower and upper tube sheets for cooling coolant pipelines, lowered into the core chamber by “pipe in pipe” pairs, are proposed in the reactor vessel between the bottom install a tube sheet for the retarder tubular rods that divide the liquid salt fuel composition into lower volumes communicating below, equip the gas cavities on the top and bottom of the retarder rod tube lattice with pipes for supplying a gaseous buffer medium and connecting to the excitation system oscillations containing at least one oscillating oscillator of a gaseous buffer medium s, heat regenerators and coolers installed in each connecting channel between the oscillation generators and the reactor, the oscillation generators being placed outside the radiation protection, equipped with hermetic connectors and shutoff valves.

- в качестве буферной газообразной среды использовать смесь гелия и кислорода;- use a mixture of helium and oxygen as a buffer gaseous medium;

- вместо трубчатых стержней замедлителя использовать трубы из конструкционного материала.- instead of tubular retarder rods use pipes made of structural material.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг. 6, где представлен фрагмент жидкосолевого ядерного реактора на тепловых нейтронах. На чертеже и по тексту приняты следующие обозначения:The invention is illustrated by the drawing in FIG. 6, which shows a fragment of a liquid salt thermal neutron reactor. The following notation is used in the drawing and in the text:

1 - корпус реактора; 2 - боковой отражатель; 3 - камера активной зоны с жидкосолевой топливной композицией; 4 - трубчатый стержень замедлителя; 5 - внешний выходной трубопровод охлаждающего теплоносителя; 6 - внутренний входной трубопровод охлаждающего теплоносителя; 7 - трубная решетка для стержней замедлителя; 8 - верхняя трубная решетка охлаждающего теплоносителя; 9 - нижняя трубная решетка охлаждающего теплоносителя; 10 - верхний торцевой отражатель нейтронов; 11.1, 11.2 - регенераторы тепла; 12.1, 12.2 - охладители буферной среды.1 - reactor vessel; 2 - side reflector; 3 - a core chamber with a liquid salt fuel composition; 4 - a tubular rod of a moderator; 5 - external output pipe of the cooling fluid; 6 - internal inlet pipe of the coolant; 7 - tube grille for retarder rods; 8 - upper tube sheet cooling coolant; 9 - lower tube sheet cooling coolant; 10 - upper end neutron reflector; 11.1, 11.2 - heat regenerators; 12.1, 12.2 - buffer medium coolers.

В частном случае исполнения жидкосолевого ядерного реактора на быстрых нейтронах вместо трубчатых стержней замедлителя 4 установлена стальная труба. В частном случае применения используется буферная газообразная среда, состоящая из смеси гелия и кислорода.In the particular case of a liquid-salt fast-neutron nuclear reactor, a steel pipe is installed instead of the tubular rods of the moderator 4. In the particular case of application, a buffer gaseous medium consisting of a mixture of helium and oxygen is used.

На фиг. 6 приведен пример устройства для реализации предлагаемого способа интенсификации тепломассообмена в активном веществе. В жидкосолевом ядерном реакторе топливная композиция имеет высокую рабочую температуру (704°С). Это свойство жидкосолевой топливной композиции ухудшает условия работы генератора колебаний буферной нейтральной среды, которая контактирует и с жидкосолевой топливной композицией и с генератором колебаний. С целью создания нормальных условий работы генератора колебаний, каналы системы возбуждения колебаний снабжают регенераторами тепла 11.1, 11.2 и охладителями буферной среды 12.1, 12.2.In FIG. 6 shows an example of a device for implementing the proposed method of intensifying heat and mass transfer in the active substance. In a liquid salt nuclear reactor, the fuel composition has a high operating temperature (704 ° C). This property of the liquid salt fuel composition worsens the operating conditions of the oscillator of the buffer neutral medium, which is in contact with both the liquid salt fuel composition and the oscillation generator. In order to create normal working conditions of the oscillation generator, the channels of the oscillation excitation system are equipped with heat regenerators 11.1, 11.2 and buffer medium coolers 12.1, 12.2.

Жидкосолевой ядерный реактор работает следующим образом. На номинальной мощности в предварительно разогретой жидкосолевой топливной композиции генерируется тепло, которое передается охлаждающему теплоносителю, поступающему через стенку корпуса реактора 1 в коллектор, расположенный между верхним торцевым отражателем 10 и верхней трубной решеткой охлаждающего теплоносителя 8. Затем охлаждающий теплоноситель опускается по внутренним входным трубопроводам охлаждающего теплоносителя 6 в камеру активной зоны 3, поворачивает во внешние выходные трубопроводы охлаждающего теплоносителя 5, поднимается вверх и выходит в коллектор, расположенный между верхней 8 и нижней 9 трубной решеткой охлаждающего теплоносителя. Нагретый охлаждающий теплоноситель выходит во второй контур через стенку корпуса реактора 1. Компенсаторы теплового расширения жидкосолевой топливной композиции расположены внутри корпуса реактора 1. Один из них расположен между нижней трубной решеткой 9 охлаждающего теплоносителя и трубной решеткой для стрежней замедлителя 7. Другой компенсатор теплового расширения жидкосолевой композиции расположен в камере активной зоны 3 под трубной решеткой стержней замедлителя 7. Газовые подушки компенсаторов являются буферной средой, которая соединена каналами с генератором колебаний, находящимся за пределами радиационной защиты реактора. Генератор колебаний, создавая поочередно в газовых подушках давление или разрежение, возбуждает в кольцевых зазорах между стержнями замедлителя 4 и выходными трубопроводами охлаждающего теплоносителя 5 возвратно-поступательное движение жидкосолевой топливной композиции и интенсивное перемешивание жидкосолевой топливной композиции во всей камере активной зоны. Таким образом, из кольцевого зазора выходит в активную зону охлажденная жидкосолевая топливная композиция, а входит в кольцевой зазор нагретая жидкосолевая топливная композиция.A liquid salt nuclear reactor operates as follows. At rated power, heat is generated in the preheated liquid-salt fuel composition, which is transferred to the coolant flowing through the wall of the reactor vessel 1 to the collector located between the upper end reflector 10 and the top tube of the coolant 8. Then the coolant is lowered through the internal inlet pipelines of the coolant 6 into the chamber of the active zone 3, turns into the external output pipelines of the cooling coolant 5, raising etsya up and out into the reservoir, located between the upper 8 and lower 9 tubesheet cooling fluid. The heated coolant flows into the secondary circuit through the wall of the reactor vessel 1. Compensators of thermal expansion of the liquid-salt fuel composition are located inside the reactor vessel 1. One of them is located between the lower tube sheet 9 of the cooling medium and the tube sheet for rod retarder 7. Another compensator for thermal expansion of the liquid-salt composition located in the chamber of the active zone 3 under the tube sheet of the rods of the moderator 7. The gas pads of the compensators are a buffer medium, which oedinena channels with the oscillator, located outside the radiation protection reactor. The oscillation generator, alternately creating pressure or vacuum in the gas cushions, excites in the annular gaps between the moderator rods 4 and the cooling fluid outlet pipes 5 the reciprocating motion of the liquid salt fuel composition and intensive mixing of the liquid salt fuel composition in the entire chamber of the core. Thus, a cooled liquid-salt fuel composition exits from the annular gap into the core, and a heated liquid-salt fuel composition enters the annular gap.

Во время работы жидкосолевого ядерного реактора на мощности из топливной композиции выделяется радиоактивный тритий. Для предотвращения распространения трития в окружающую среду в состав буферной газообразной среды вводится кислород, который вместе с тритием превращается в воду и локализуется в герметичных емкостях, не показанных на чертежах.During operation of a liquid salt nuclear reactor, radioactive tritium is released from the fuel composition at power. To prevent the spread of tritium into the environment, oxygen is introduced into the buffer gaseous medium, which, together with tritium, is converted into water and localized in sealed containers not shown in the drawings.

Пример конкретного исполнения жидкосолевого ядерного реактораAn example of a specific embodiment of a liquid salt nuclear reactor

Для примера конкретного исполнения взят жидкосолевой ядерный реактор на тепловых нейтронах типа MSBR-1000. В качестве жидкосолевой топливной композиции выбрана смесь фтористых солей 71,772% ⁷LiF, 16% BeF₂, 12% ThF₄, 0,228% ²³⁵UF4. Температура плавления жидкосолевой топливной композиции 500°С. Коэффициент объемного расширения равен 2,52*10^-4 1/К, плотность жидкосолевой топливной композиции при температуре 700°С равна 3,25 г/см³. Температура охлаждающего теплоносителя на входе в реактор принята равной 454°С, на выходе из реактора принята равной 621°С. Максимальная и минимальная температуры жидкосолевой топливной композиции в активной зоне равны соответственно 704°С и 566°С. Высота камеры активной зоны равна 4 м.For an example of a specific embodiment, a MSBR-1000 type liquid-salt thermal neutron reactor was taken. A mixture of fluoride salts of 71.772% ⁷ LiF, 16% BeF ₂ , 12% ThF ₄ , 0.228% ²³⁵ UF4 was selected as the liquid salt fuel composition. The melting point of the liquid salt fuel composition is 500 ° C. The coefficient of volume expansion is equal to 2.52 * 10 ^-4 1 / K, the density of the liquid salt fuel composition at a temperature of 700 ° C is 3.25 g / cm ³ . The temperature of the coolant at the inlet to the reactor was taken equal to 454 ° C, at the outlet of the reactor it was taken equal to 621 ° C. The maximum and minimum temperatures of the liquid salt fuel composition in the core are equal to 704 ° C and 566 ° C, respectively. The height of the core chamber is 4 m.

Оценка располагаемого движущего напора в реакторе-прототипе с естественной циркуляцией показывает, что величина этого напора не превышает 0,044 бар. Если принять сопротивление трубчатых теплообменников, погруженных в активную зону, таким же, как в реакторе MSBR-1000, т.е., 1,2 бар при расходе 3,69 м³/с, то расход жидкосолевой топливной композиции при естественной циркуляции не превысит 0,71 м³/с. Этот расход и, следовательно, мощность реактора в пять с лишним раз меньше аналогичных параметров при принудительной циркуляции.Evaluation of the available driving pressure in the prototype reactor with natural circulation shows that the pressure does not exceed 0.044 bar. If we take the resistance of tubular heat exchangers immersed in the core to the same as in the MSBR-1000 reactor, i.e., 1.2 bar at a flow rate of 3.69 m ³ / s, then the flow rate of the liquid salt fuel composition during natural circulation will not exceed 0.71 m ³ / s. This flow rate and, consequently, the power of the reactor are more than five times less than similar parameters in forced circulation.

В реакторе, оснащенном системой возбуждения колебаний буферной газообразной среды, содержащей генератор колебаний, можно создать движущий напор, значительно превышающий максимальный движущий напор при естественной циркуляции, исключив при этом непосредственный контакт движущихся частей генератора колебаний с жидкосолевой топливной композицией.In a reactor equipped with an oscillation excitation system of a buffer gaseous medium containing an oscillation generator, it is possible to create a moving pressure that significantly exceeds the maximum moving pressure during natural circulation, while eliminating the direct contact of the moving parts of the vibration generator with a liquid salt fuel composition.

Высокая температура жидкосолевой топливной композиции передается контактирующей с ней буферной среде. Для того чтобы создать нормальные температурные условия для работы генератора колебаний в соединительные каналы, между топливной композицией и генератором колебаний, встраиваются регенераторы тепла 11.1, 11.2 и охладители буферной среды 12.1, 12.2. Значительная часть уменьшения температуры буферной среды приходится на регенераторы тепла 11.1, 11.2, а остальная -на охладители буферной среды 12.1, 12.2, тепло с которых снимается воздухом или водой.The high temperature of the liquid salt fuel composition is transferred to the buffer medium in contact with it. In order to create normal temperature conditions for the operation of the oscillation generator in the connecting channels, between the fuel composition and the oscillation generator, heat regenerators 11.1, 11.2 and buffer medium coolers 12.1, 12.2 are built in. A significant part of the decrease in the temperature of the buffer medium occurs in heat regenerators 11.1, 11.2, and the rest is in the coolers of the buffer medium 12.1, 12.2, the heat of which is removed by air or water.

Получен технический результат изобретения, разработан безопасный жидкосолевой ядерный реактор, использующий предлагаемый способ безопасной принудительной интенсификации тепломассообмена. Мощность предлагаемого жидкосолевого ядерного реактора значительно превышает мощность реактора с естественной циркуляцией жидкосолевой топливной композиции. Несмотря на высокую температуру жидкосолевой топливной композиции, осложняющую работу генератора колебаний, безопасность реактора остается такой же высокой, как и в реакторах с естественной циркуляцией. Это достигается путем встраивания в каналы буферной среды, между компенсаторами теплового расширения жидкосолевой топливной композиции и генераторами колебаний, регенераторов тепла и охладителей.The technical result of the invention is obtained, a safe liquid-salt nuclear reactor is developed using the proposed method for safe forced intensification of heat and mass transfer. The power of the proposed liquid salt nuclear reactor significantly exceeds the power of the reactor with natural circulation of the liquid salt fuel composition. Despite the high temperature of the liquid-salt fuel composition, which complicates the operation of the oscillation generator, the safety of the reactor remains as high as in reactors with natural circulation. This is achieved by embedding a buffer medium in the channels between the expansion joints of the thermal expansion of the liquid-salt fuel composition and oscillation generators, heat regenerators, and coolers.

Получен общий технический результат изобретения. Разработан способ безопасной принудительной интенсификации тепломассообмена, который можно применить во многих устройствах с активными веществами разных типов реакторов, таких, например, как гомогенные ядерные реакторы растворного типа или жидкосолевые ядерные реакторы. Изобретение позволяет безопасно перемещать активные вещества по трубам в нужном направлении. Устройства, использующие разработанный способ безопасной принудительной интенсификации тепломассообмена, обладают компактностью, большой удельной мощностью, хорошими условиями при эксплуатации, долговечностью. Названные свойства позволяют получать большее количество наработанных медицинских изотопов в растворных реакторах или электрической и тепловой энергии в установках с жидкосолевым ядерным реактором при наименьших затратах на создание и эксплуатацию ядерных установок.The overall technical result of the invention is obtained. A method has been developed for the safe forced intensification of heat and mass transfer, which can be used in many devices with active substances of various types of reactors, such as, for example, homogeneous solution-type nuclear reactors or liquid-salt nuclear reactors. The invention allows safe movement of active substances through pipes in the desired direction. Devices using the developed method of safe forced intensification of heat and mass transfer have compactness, high power density, good operating conditions, and durability. These properties make it possible to obtain a greater amount of accumulated medical isotopes in solution reactors or electric and thermal energy in installations with a liquid salt nuclear reactor at the lowest cost for the creation and operation of nuclear installations.

Claims

1. The method of intensification of heat and mass transfer in chemically and radiation-active substances placed in sealed containers under pressure, characterized in that they use a system of excitation of oscillations, which create a pressure equal to or slightly lower than the pressure in sealed containers, then using at least at least one oscillation generator, which is part of the oscillation excitation system, carry out a forced reciprocating or pulsating effect on a chemically and radiation-active substance through one or more buffer neutral media filling one or more connecting channels (according to the number of cavities of variable volume of oscillation generators) between the oscillation generator and the active substance.

2. The method according to p. 1, characterized in that as a buffer neutral medium using a gaseous substance, a liquid or a gaseous substance and a liquid at the same time.

3. The method according to p. 1, characterized in that the reciprocating motion of the medium in each channel of the oscillation excitation system connected to one of the parallel branches of the section of the circulation circuit or open path is converted into a pulsating unidirectional movement of a chemically and radiation-active substance using pairs of check valves that are built into the circuit or open path section from two sides of the connection point of the oscillation excitation system channel.

4. The method according to p. 1, characterized in that if it is necessary to reduce the operating temperature of the oscillation generator, heat regenerators and buffer medium coolers are installed in the channels between the chemically and radiation-active substance and the oscillation generators.

5. The method according to p. 1, characterized in that the oscillators of the excitation system of the oscillations in the fuel solution are placed outside the radiation protection and are equipped with sealed connectors and shutoff valves, which isolate the generators from the reactor during repair or replacement.

6. A homogeneous solution-type nuclear reactor containing a housing with a cover, an active zone with a fuel solution, a heat exchanger inside the body for cooling a low-enriched fuel solution, a compensation chamber filled with a vapor-gas medium and connected to a catalytic hydrogen recovery system and a gas-vacuum system, characterized in that it equipped with a system for exciting vibrations of the fuel solution containing at least one oscillating oscillator of a buffer gaseous medium, n outside the radiation protection and channels connected to the fuel core solution through one or more buffering media.

7. A nuclear homogeneous reactor according to claim 6, characterized in that the oscillation generators of the oscillation excitation system in the fuel solution are equipped with sealed connectors and shutoff valves for isolating the oscillation generators during their replacement.

8. A nuclear homogeneous reactor according to claim 6, characterized in that a gaseous mixture is used as one of the buffer media, which communicates through a capillary tube with a vapor-gas mixture leaving the catalytic recombination system of the reactor into a compensation chamber.

9. A nuclear homogeneous reactor according to claim 6, characterized in that the channels with a buffer medium are provided with extensions inside the reactor vessel at the level of the free surface of the fuel solution and outlet openings located in the reactor core at different depths.

10. A homogeneous solution type nuclear reactor comprising a housing with a lid, an active zone with a fuel solution, a heat exchanger inside the housing for cooling the fuel solution, a compensation chamber filled with vapor-gas medium and connected to a catalytic hydrogen recombination system and a gas-vacuum system, characterized in that it is equipped a vibration excitation system containing at least one oscillating oscillator of a buffer gaseous medium, which is placed outside of the radiation protection and is connected by channels to the reactor core fuel solution through one or more buffer media, the channels inside the reactor vessel forming a pipe-in-pipe heat exchanger with cooling water pumped through the internal pipe and in the gap between the internal and external pipes under the influence of a generator oscillations through the buffer medium are carried out reciprocating oscillations of the fuel solution.

11. A nuclear homogeneous reactor according to claim 10, characterized in that the pipe-in-pipe heat exchanger is made in the form of a multi-way coil.

12. A nuclear homogeneous reactor according to claim 10, characterized in that the heat exchanger tubes are made of highly conductive material.

13. A nuclear homogeneous reactor according to claim 10, characterized in that a gaseous mixture is used as one of the buffer media, which communicates through capillary tubes with the outlet pipe of the catalytic recombination system.

14. The nuclear homogeneous reactor according to claim 10, characterized in that the pressure of the vapor-gas mixture in the compensation chamber and the buffer media is set at a level that ensures the operability of the reactor with an increased specific heat output and with an increased output of detonating gas.

15. A nuclear homogeneous reactor according to claim 10, characterized in that the generators of the oscillation excitation system are equipped with sealed connectors and shutoff valves.

16. A homogeneous solution-type nuclear reactor equipped with a gas-vacuum system and a catalytic recombination system that contains a catalytic recombiner, a water vapor condenser and pipelines connected through the reactor lid to the reactor compensation chamber, characterized in that the outlet pipe of the hydrogen catalytic recombination system circuit is connected by channels to an oscillation excitation system containing at least one oscillator of a gaseous buffer medium, four tanks, half filled with a liquid buffer medium communicating in pairs at the bottom (the first with the second and third with the fourth), two connecting channels between the gas volumes of even containers and an oscillation generator, and two connecting channels between the gas volumes of odd tanks and the outlet pipe of the catalytic recombination system, which is divided into two parallel branches, each of which has a pair of check valves located on both sides of the connection point of the oscillation excitation system channel.

17. A nuclear homogeneous reactor according to claim 16, characterized in that the connecting channels between the tanks of the oscillation excitation system and the catalytic recombination system are connected to the tanks at the side slightly higher than the upper level reached during oscillations of the liquid buffer medium and above the points of connecting the connecting channels to the catalytic recombination system.

18. A nuclear homogeneous reactor according to claim 16, characterized in that the average pressure of the gaseous buffer medium in the oscillation excitation system using the gas vacuum system of the reactor is set at a level corresponding to the pressure in the compensation chamber of the reactor.

19. A nuclear homogeneous reactor according to claim 16, characterized in that the oscillation generators of the oscillation excitation system are located outside the radiation protection of the reactor and are equipped with sealed connectors and shutoff valves.

20. A nuclear liquid salt reactor equipped with equipment for removing heat and generating electricity, the casing of which is equipped with at least one inlet and one outlet nozzles of a cooling coolant, comprises a core chamber and tubular moderator rods inside it, inside of which coolant coolant pipes pass, contains at least two expansion joints for thermal expansion of the liquid-salt fuel composition, the lower and upper tube sheets for the cooling coolant pipelines i, characterized in that in the reactor vessel, between the lower tube sheet of the cooling fluid and the free surface of the liquid salt fuel composition, a tube sheet for tubular moderator rods is installed that divide the liquid salt fuel composition into volumes communicating at the bottom, the gas cavities on the top and bottom of the tube of the moderator rod are equipped with nozzles for supplying a gaseous buffer medium and connecting to an oscillation excitation system containing at least one oscillator the oscillatory oscillations of the gaseous buffer medium, heat regenerators and coolers installed in each connecting channel between the oscillation generators and the reactor, the oscillation generators being placed outside the radiation protection, equipped with hermetic connectors and shutoff valves.

21. The nuclear liquid salt reactor according to claim 20, characterized in that a mixture of helium and oxygen is used as a buffer gaseous medium.

22. The nuclear liquid salt reactor according to claim 20, characterized in that instead of tubular moderator rods, steel pipes of structural material are used.