RU2724927C1 - Neutron moderator based on zirconium hydride and thermionic reactor-converter - Google Patents
Neutron moderator based on zirconium hydride and thermionic reactor-converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724927C1 RU2724927C1 RU2019132553A RU2019132553A RU2724927C1 RU 2724927 C1 RU2724927 C1 RU 2724927C1 RU 2019132553 A RU2019132553 A RU 2019132553A RU 2019132553 A RU2019132553 A RU 2019132553A RU 2724927 C1 RU2724927 C1 RU 2724927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- neutron moderator
- zirconium hydride
- reactor
- thermionic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J45/00—Discharge tubes functioning as thermionic generators
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области ядерной энергетики с термоэмиссионным преобразованием тепловой энергии в электрическую и может быть использована при создании термоэмиссионных реакторов-преобразователей с замедлителем нейтронов, выполненным из материала на основе гидрида циркония.The group of inventions relates to the field of nuclear energy with thermionic conversion of thermal energy into electrical energy and can be used to create thermionic reactor converters with a neutron moderator made of a material based on zirconium hydride.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к первому изобретению из заявленной группы изобретений является замедлитель нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащий пакет элементов из материала на основе гидрида циркония (патент РФ №2042231, МПК Н01J 45/00, опубл. 20.08.1995).The closest in purpose and combination of essential features to the first invention from the claimed group of inventions is a neutron moderator of a thermionic converter reactor containing a package of elements from a material based on zirconium hydride (RF patent No. 2042231, IPC H01J 45/00, publ. 08.20.1995) .
Элемент известного замедлителя нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя выполнен в форме диска, на поверхность которого нанесено двухслойное покрытие с низкой водородопроницаемостью, при этом внутренний слой покрытия выполнен из фосфорсодержащего материала, а наружный слой - из кислородсодержащего материала.An element of the known neutron moderator of the thermionic converter reactor is made in the form of a disk, on the surface of which a two-layer coating with low hydrogen permeability is applied, the inner coating layer is made of phosphorus-containing material, and the outer layer is made of oxygen-containing material.
Недостатком известного замедлителя нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя является снижение ресурса его работы из-за увеличения выхода водорода из материала элементов замедлителя нейтронов при его рабочих температурах около 650°С. Двухслойное покрытие на элементах замедлителя нейтронов не является надежным барьером для диффузии водорода, поскольку в покрытии могут образоваться различные дефекты, в том числе микротрещины, например, при сборке активной зоны или во время работы термоэмиссионного реактора-преобразователя. Последующая диффузия водорода через конструктивные элементы термоэмиссионного реактора-преобразователя приводит к ухудшению его выходных характеристик и к уменьшению ресурса работы.A disadvantage of the known neutron moderator of a thermionic converter reactor is the reduction of its service life due to an increase in the hydrogen output from the material of the neutron moderator elements at its operating temperatures of about 650 ° C. A two-layer coating on the elements of a neutron moderator is not a reliable barrier to hydrogen diffusion, since various defects can form in the coating, including microcracks, for example, during core assembly or during operation of a thermionic converter reactor. Subsequent diffusion of hydrogen through the structural elements of the thermionic converter reactor leads to a deterioration in its output characteristics and to a decrease in the service life.
Наиболее близким по назначению и совокупности существенных признаков к второму изобретению из заявленной группы изобретений является термоэмиссионный реактор-преобразователь, содержащий ограниченную обечайкой и трубными досками активную зону, в которой расположены электрогенерирующие каналы, между которыми установлены в виде пакета элементы замедлителя нейтронов, выполненные из материала на основе гидрида циркония (патент РФ №2042231, МПК Н01J 45/00, опубл. 20.08.1995).The closest in purpose and combination of essential features to the second invention from the claimed group of inventions is a thermionic reactor-converter containing an active zone, limited by a shell and tube boards, in which there are electric-generating channels, between which neutron moderator elements are installed, made of material on the basis of zirconium hydride (RF patent No. 2042231, IPC H01J 45/00, publ. 08.20.1995).
В известном термоэмиссионном реакторе-преобразователе элементы замедлителя нейтронов выполнены в форме дисков, которые имеют двухслойное покрытие с низкой водородопроницаемостью. Пакет дисков расположен в полости активной зоны, которая заполнена газовой средой, способствующей сохранению защитных свойств покрытия элементов замедлителя нейтронов. Для создания и подачи газовой среды в полость с элементами замедлителя нейтронов термоэмиссионный реактор-преобразователь содержит устройства для создания и подачи газовой среды в полость с элементами замедлителя нейтронов..In the known thermionic reactor-converter, the neutron moderator elements are made in the form of disks, which have a two-layer coating with low hydrogen permeability. The disk package is located in the cavity of the active zone, which is filled with a gaseous medium, which helps preserve the protective properties of the coating of neutron moderator elements. To create and supply a gaseous medium into a cavity with neutron moderator elements, a thermionic reactor-converter contains devices for creating and supplying a gaseous medium into a cavity with neutron moderator elements ..
Недостатком известного термоэмиссионного реактора-преобразователя является необходимость проведения дополнительных мер для исключения возможного ухудшения его выходных характеристик в условиях эксплуатации при рабочих температурах замедлителя нейтронов около 650°С, что объясняется увеличением выхода водорода из материала элементов замедлителя нейтронов. Выход (потери) водорода из материала элементов замедлителя нейтронов приводит к уменьшению запаса реактивности термоэмиссионного реактора-преобразователя и, как следствие, к снижению его ресурса. Диффузия водорода через конструктивные элементы термоэмиссионного реактора-преобразователя приводит к попаданию водорода в межэлектродный зазор электрогенерирующего канала, что вызывает процессы деградации в электрогенерирующих каналах. Кроме этого, недостатком известного термоэмиссионного реактора-преобразователя является усложнение его конструкции из-за введения в нее устройств для создания и подачи газовой среды в полость с элементами замедлителя нейтронов.A disadvantage of the known thermionic converter reactor is the need for additional measures to eliminate the possible deterioration of its output characteristics under operating conditions at operating temperatures of the neutron moderator of about 650 ° C, which is explained by an increase in the yield of hydrogen from the material of the neutron moderator elements. The output (loss) of hydrogen from the material of the neutron moderator elements leads to a decrease in the reactivity margin of the thermionic converter reactor and, as a result, to a decrease in its resource. The diffusion of hydrogen through the structural elements of the thermionic reactor-converter leads to the ingress of hydrogen into the interelectrode gap of the electro-generating channel, which causes degradation processes in the electro-generating channels. In addition, the disadvantage of the known thermionic converter reactor is the complexity of its design due to the introduction of devices for creating and supplying a gas medium into the cavity with neutron moderator elements.
Задачей настоящей группы изобретений является создание замедлителя нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя и термоэмиссионного реактора-преобразователя, обладающих высоким ресурсом работы.The objective of this group of inventions is the creation of a neutron moderator thermionic converter reactor and thermionic reactor converter, with a high service life.
Техническим результатом настоящей группы изобретений является предотвращение диффузии водорода, обусловленной увеличенным выходом водорода из материала элементов замедлителя нейтронов при его рабочих температурах около 650°С, за счет создания защитного барьера с высокими водородудерживающими свойствами.The technical result of this group of inventions is to prevent the diffusion of hydrogen, due to the increased hydrogen output from the material of the neutron moderator elements at its operating temperatures of about 650 ° C, by creating a protective barrier with high hydrogen-containing properties.
Указанный технический результат достигается тем, что известный замедлитель нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя, содержащий пакет элементов из материала на основе гидрида циркония, согласно заявленному изобретению снабжен герметичным контейнером, который выполнен из монокристаллического оксида алюминия, при этом пакет элементов из материала на основе гидрида циркония размещен в герметичном контейнере, а упомянутые элементы выполнены в виде таблеток.The specified technical result is achieved by the fact that the known neutron moderator of the thermionic emission reactor-converter, containing a package of elements from a material based on zirconium hydride, according to the claimed invention is equipped with a sealed container that is made of single-crystal aluminum oxide, while the package of elements from a material based on zirconium hydride is placed in an airtight container, and said elements are made in the form of tablets.
Отличительные признаки заявленного изобретения, касающиеся размещения элементов замедлителя нейтронов в герметичном контейнере, который выполнен из монокристаллического оксида алюминия, позволяют создать защитный барьер для выхода водорода из материала на основе гидрида циркония. Данный барьер обеспечивается высокими водородудерживающими свойствами монокристаллического оксида алюминия.Distinctive features of the claimed invention relating to the placement of neutron moderator elements in an airtight container, which is made of single-crystal aluminum oxide, allow you to create a protective barrier for the release of hydrogen from a material based on zirconium hydride. This barrier is provided by the high hydrogen-holding properties of single-crystal alumina.
Указанный технический результат достигается тем, что известный термоэмиссионный реактор-преобразователь, содержащий ограниченную обечайкой и трубными досками активную зону, в которой расположены электрогенерирующие каналы и установленные в виде пакетов элементы замедлителя нейтронов, выполненные из материала на основе гидрида циркония, согласно заявленному изобретению снабжен металлическими чехлами с размещенными в них герметичными контейнерами, которые выполнены из монокристаллического оксида алюминия, при этом металлические чехлы установлены в активной зоне между электрогенерирующими каналами и концевыми частями неразъемно соединены с трубными досками, а в герметичных контейнерах размещены пакеты элементов замедлителя нейтронов, выполненных из материала на основе гидрида циркония, причем упомянутые элементы выполнены в виде таблеток.The specified technical result is achieved by the fact that the known thermionic reactor-converter, containing the active zone limited by the shell and tube sheets, in which the power generating channels are located and the neutron moderator elements made in the form of packets made of zirconium hydride based material, is provided with metal covers according to the claimed invention with sealed containers placed in them, which are made of monocrystalline aluminum oxide, while the metal covers are installed in the active zone between the electricity generating channels and the end parts are inseparably connected to the tube plates, and in sealed containers are placed packages of neutron moderator elements made of hydride-based material zirconium, wherein said elements are in the form of tablets.
Отличительные признаки заявленного изобретения, касающиеся выполнения элементов замедлителя нейтронов в виде таблеток и размещения пакета элементов замедлителя нейтронов в герметичном контейнере, который выполнен из монокристаллического оксида алюминия, позволяют создать дополнительный барьер для выхода водорода из материала элемента. Данный барьер обеспечивается высокими водородудерживающими свойствами монокристаллического оксида алюминия. В результате повышается надежность и ресурс работы термоэмиссионного реактора-преобразователя за счет предотвращения потерь водорода в замедлителе нейтронов и исключения процессов деградации в электрогенерирующих каналах. Помимо этого, упрощается по сравнению с известным термоэмиссионным реактором-преобразователем (прототипом) процесс эксплуатации термоэмиссионного реактора-преобразователя за счет исключения технологической операции, связанной с подачей газа в полости с элементами замедлителя. Отличительный признак, касающийся размещения герметичных контейнеров в металлических чехлах позволяет повысить надежность работы элементов замедлителя нейтронов и упростить сборку активной зоны за счет создания единой сборочной единицы.Distinctive features of the claimed invention regarding the implementation of the neutron moderator elements in the form of tablets and the placement of the neutron moderator elements in an airtight container, which is made of single-crystal alumina, create an additional barrier for hydrogen to escape from the material of the element. This barrier is provided by the high hydrogen-holding properties of single-crystal alumina. As a result, the reliability and service life of the thermionic converter reactor are increased by preventing hydrogen losses in the neutron moderator and eliminating degradation processes in the electricity generating channels. In addition, the operation process of the thermionic converter reactor is simplified compared with the known thermionic converter reactor (prototype) by eliminating the technological operation associated with the gas supply to the cavity with moderator elements. A distinctive feature regarding the placement of sealed containers in metal covers allows to increase the reliability of the neutron moderator elements and simplify the assembly of the core by creating a single assembly unit.
Сущность заявленной группы изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен замедлитель нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя (общий вид, продольный разрез), на фиг. 2 показан термоэмиссионный реактор-преобразователь (общий вид, продольный разрез), на фиг. 3 представлен замедлитель нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя, размещенный в металлическом чехле (общий вид, продольный разрез).The essence of the claimed group of inventions is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a neutron moderator of a thermionic converter reactor (general view, longitudinal section), in Fig. 2 shows a thermionic converter reactor (general view, longitudinal section), FIG. 3 shows a neutron moderator of a thermionic converter reactor placed in a metal case (general view, longitudinal section).
Замедлитель нейтронов термоэмиссионного реактора-преобразователя содержит пакет элементов, представляющих собой таблетки 1, которые выполнены из материала на основе гидрида циркония, например, из циркония Э110 или сплава ЦНА. Пакет таблеток 1 установлен в герметичном контейнере. Герметичный контейнер выполнен из материала с низкой водородопроницаемостью, в качестве которого использован монокристаллический оксид алюминия (лейкосапфир), который характеризуется также высокими тепловой и радиационной стойкостью, диэлектрическими свойствами и инертностью в агрессивных средах. Герметичный контейнер представляет собой цилиндрическую трубу 2, торцы которой герметично закрыты заглушками 3. Таблетки 1 из материала на основе гидрида циркония могут быть выполнены с покрытием с низкой водородопроницаемостью или без покрытия. На таблетках из циркония Э110 может быть выполнено покрытие, состоящее из двух слоев, Внутренний слой покрытия выполнен из фосфорсодержащего материала, а наружный слой - из кислородсодержащего материала. Покрытие с низкой водородопроницаемостью на таблетках 1 из сплава ЦНА сформировано путем термообработки на воздухе, в среде углекислого газа или в атмосфере водяного пара.The neutron moderator of the thermionic emission reactor-converter contains a package of elements, which are
Термоэмиссионный реактор-преобразователь с жидкометаллическим теплоносителем содержит активную зону, ограниченную цилиндрической обечайкой 4 и трубными досками 5, 6. В активной зоне размещены с определенным шагом электрогенерирующие каналы 7, между которыми также с определенным шагом расположены цилиндрические металлические чехлы 8. В цилиндрическом металлическом чехле 8 размещен герметичный контейнер, выполненный из монокристаллического оксида алюминия (лейкосапфира), в котором расположен пакет элементов замедлителя нейтронов, которые выполнены из материала на основе гидрида циркония, например, из циркония Э110 или сплава ЦНА. Элементы замедлителя нейтронов выполнены в виде таблеток 1. Таблетки 1 из материала на основе гидрида циркония могут быть выполнены с покрытием с низкой водородопроницаемостью или без покрытия. На таблетках из циркония Э110 может быть выполнено покрытие, состоящее из двух слоев, Внутренний слой покрытия выполнен из фосфорсодержащего материала, а наружный слой - из кислородсодержащего материала. Покрытие с низкой водородопроницаемостью на таблетках 1 из сплава ЦНА сформировано путем термообработки на воздухе, в среде углекислого газа или в атмосфере водяного пара. Герметичный контейнер представляет собой цилиндрическую трубу 2, торцы которой герметично закрыты заглушками 3. В цилиндрическом металлическом чехле 8 с обоих торцов герметичного контейнера установлены торцевые отражатели, выполненные в виде цилиндров 9. Цилиндрические металлические чехлы 8 герметично закрыты торцевыми крышками 10 и концевыми частями неразъемно соединены с трубными досками 5, 6, например, посредством сварного шва. Герметичный контейнер с пакетом таблеток 1 расположен в цилиндрическом металлическом чехле 8 на высоте, соответствующей активной части электрогенерирующих каналов 7. В цилиндрической обечайке 4 выполнены входной патрубок 11 и выходной патрубок 12, через которые осуществляются подвод и отвод жидкометаллического теплоносителя, охлаждающего наружные поверхности электрогенерирующих каналов 7 и цилиндрических металлических чехлов 9.A thermionic reactor with a liquid metal coolant contains an active zone bounded by a
Термоэмиссионный реактор-преобразователь с замедлителем нейтронов на основе гидрида циркония работает следующим образом.A thermionic reactor with a neutron moderator based on zirconium hydride works as follows.
Во время работы термоэмиссионного реактора-преобразователя в результате тепловыделения температура замедлителя нейтронов составляет величину около 650°С. При таком уровне температур происходит выход водорода из замедлителя нейтронов. Выполнение элементов замедлителя нейтронов в виде таблеток 1 и размещение таблеток 1 в герметичном контейнере, который выполнен из материала с низкой водородопроницаемостью, в качестве которого использован монокристаллический оксид алюминия (лейкосапфир), обеспечивает исключение диффузии водорода. Вышедший из материала замедлителя нейтронов водород остается в полости герметичного контейнера, что исключает последующее попадание водорода в межэлектродный зазор электрогенерирующего канала и не приводит к уменьшению ресурса работы термоэмиссионного реактора-преобразователя. Кроме этого, при выполнении таблеток 1 из материала на основе гидрида циркония без покрытия с низкой водородопроницаемостью вышедший из материала таблеток 1 водород при вышеуказанном уровне температур возвращается обратно в материал таблеток 1, что позволяет сохранить работоспособность замедлителя нейтронов.During operation of the thermionic reactor-converter as a result of heat generation, the temperature of the neutron moderator is about 650 ° C. At this temperature level, hydrogen leaves the neutron moderator. The implementation of the neutron moderator elements in the form of
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132553A RU2724927C1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Neutron moderator based on zirconium hydride and thermionic reactor-converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019132553A RU2724927C1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Neutron moderator based on zirconium hydride and thermionic reactor-converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724927C1 true RU2724927C1 (en) | 2020-06-26 |
Family
ID=71136136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019132553A RU2724927C1 (en) | 2019-10-14 | 2019-10-14 | Neutron moderator based on zirconium hydride and thermionic reactor-converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724927C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5408510A (en) * | 1994-04-11 | 1995-04-18 | The Babcock & Wilcox Company | Thermionic nuclear reactor with flux shielded components |
RU2042231C1 (en) * | 1992-11-26 | 1995-08-20 | Государственное предприятие "Красная звезда" | Method for determining quantity of fission gases in electrode gaps of fuel elements |
RU2076385C1 (en) * | 1994-10-11 | 1997-03-27 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Thermionic nuclear reactor-converter |
RU2230378C2 (en) * | 2002-08-26 | 2004-06-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Thermionic conversion reactor |
US20090175402A1 (en) * | 2006-11-28 | 2009-07-09 | Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware | Method and system for providing fuel in a nuclear reactor |
-
2019
- 2019-10-14 RU RU2019132553A patent/RU2724927C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2042231C1 (en) * | 1992-11-26 | 1995-08-20 | Государственное предприятие "Красная звезда" | Method for determining quantity of fission gases in electrode gaps of fuel elements |
US5408510A (en) * | 1994-04-11 | 1995-04-18 | The Babcock & Wilcox Company | Thermionic nuclear reactor with flux shielded components |
RU2076385C1 (en) * | 1994-10-11 | 1997-03-27 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Thermionic nuclear reactor-converter |
RU2230378C2 (en) * | 2002-08-26 | 2004-06-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Thermionic conversion reactor |
US20090175402A1 (en) * | 2006-11-28 | 2009-07-09 | Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware | Method and system for providing fuel in a nuclear reactor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA3066241C (en) | Reactor core | |
JP5210450B1 (en) | Fuel cell and fuel cell system | |
CN110945600B (en) | Nuclear reactor core | |
JP2017515094A (en) | End plug double sealed in ceramic containing cladding of fuel rod | |
JP6767399B2 (en) | Fuel cell | |
CN111341466A (en) | Thermionic fuel element based on heat pipe cooling | |
JP5122319B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP3539562B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
RU2724927C1 (en) | Neutron moderator based on zirconium hydride and thermionic reactor-converter | |
JP2013104711A (en) | Liquid metal cooled nuclear reactor | |
JP2011089973A (en) | Thermoelectric conversion module assembly for nuclear reactor | |
KR101466077B1 (en) | High temperature fuel cell | |
CN111224136B (en) | Graphene cold proton exchange membrane fuel cell stack | |
RU2660942C1 (en) | Active zone of the nuclear reactor | |
JP2013025933A (en) | Secondary battery type fuel battery | |
JP2009245627A (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2005216579A (en) | Solid oxide type fuel cell | |
CN112635093B (en) | Based on 90 Temperature difference power generation device of Sr isotope | |
JP2005005073A (en) | Fuel cell separator and solid oxide fuel cell | |
JP2011210570A (en) | Fuel cell module | |
US20230386686A1 (en) | Nuclear reactor | |
RU2223571C2 (en) | Multiple-element thermoionic electrogenerating assembly | |
JP5605157B2 (en) | Hydrogen generator | |
JP5052928B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP2010238440A (en) | Fuel battery module |