×
10.04.2014
216.012.b69c

НАПРАВЛЯЮЩИЙ КАНАЛ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА С ВЫГОРАЮЩИМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002512472
Дата охранного документа
10.04.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к атомной технике. Направляющий канал тепловыделяющей сборки ядерного реактора с выгорающим поглотителем размещен в ячейках дистанционирующих решеток. По меньшей мере, на части поверхности направляющего канала нанесен слой выгорающего поглотителя, содержащего изотоп бора-10, в количестве, выгорающем не более чем за один цикл облучения тепловыделяющей сборки. В частном случае реализации устройства изотоп бора-10 входит в состав материала, из которого изготовлен направляющий канал. Технический результат состоит в повышении мощности реакторной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к атомной технике и может быть применено в водо-водяных ядерных реакторах.

Известна тепловыделяющая сборка ядерного реактора, содержащая головку, хвостовик, пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) и направляющих каналов (НК), размещенных в дистанционирующих решетках [Патент США №3379619, «Топливная сборка для ядерного реактора», заявлено 25.05.1966, опубл. 23.04.1968]. Направляющие каналы представляют собой трубки, изготовленные из сплава циркония и предназначенные для перемещения в них поглощающих элементов органов регулирования. Когда поглощающие элементы извлечены из активной зоны, трубки направляющих каналов заполнены водой.

Недостатком известной конструкции является наличие всплеска энероговыделения в твэлах, расположенных рядом с направляющим каналом, что обусловлено наличием водяной полости в направляющем канале.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является направляющий канала водо-водяного реактора [Патент Японии №3121972, «Тепловыделяющая сборка», заявлено 03.12.1993, опубл. 09.01.2001]. В тепловыделяющей сборке направляющие каналы представляют собой цилиндрические трубки из сплава циркония, размещенные в ячейках дистанционирующих решеток.

Недостатком известного технического решения является всплеск энероговыделения в твэлах, расположенных рядом с направляющим каналом, что обусловлено наличием водяной полости в направляющем канале, вызывающей повышенное замедление нейтронов.

Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в исключении или существенном уменьшении всплеска энероговыделения в твэлах, расположенных рядом с направляющим каналом.

Для устранения указанного недостатка в направляющем канале тепловыделяющей сборки ядерного реактора с выгорающим поглотителем, размещенном в ячейках дистанционирующих решеток, предлагается, по меньшей мере, на части поверхности направляющего канала нанести слой выгорающего поглотителя, содержащего изотоп бора-10, в количестве, выгорающем не более чем за один цикл облучения тепловыделяющей сборки.

В частном случае выполнения устройства предлагается изотоп бора-10 ввести в состав материала, из которого изготовлен направляющий канал.

Сущность технического решения заключается в следующем.

Направляющий канал тепловыделяющей сборки ядерного реактора размещен в ячейках дистанционирующих решеток.

По меньшей мере, на части поверхности направляющего канала нанесен слой выгорающего поглотителя, содержащего изотоп бора-10, в количестве, выгорающем не более чем за один цикл облучения тепловыделяющей сборки.

В частном случае выполнения направляющего канала изотоп бора-10 входит в состав материала, из которого изготовлен направляющий канал.

Из-за повышенного замедления нейтронов в водяной полости, образуемой направляющим каналом с извлеченным поглощающим элементом, возникает всплеск энерговыделения в соседствующих с ним твэлах. Именно в этих твэлах и наблюдается, как правило, максимум энерговыделения в тепловыделяющей сборке, ограничивающий допустимую мощность тепловыделяющей сборки и соответственно реактора в целом. В наибольшей степени это ограничение проявляется в первом цикле облучения тепловыделяющей сборки, когда коэффициент внутрикассетной неравномерности энерговыделения (коэффициент Kk, равный отношению максимальной мощности твэла в тепловыделяющей сборке к средней мощности твэлов), как правило, максимален, а мощность тепловыделяющей сборки существенно выше средней. При использовании твэлов с уран-гадолиниевым топливом (твэгов) максимальное значение Kk растет с увеличением количества твэгов. Это объясняется тем, что на начальном этапе облучения мощность твэгов значительно ниже средней мощности твэлов и поэтому, при сохранении полной мощности тепловыделяющей сборки, мощность тепловыделяющих элементов без гадолиния, в том числе и расположенных по соседству с направляющим каналом, значительно возрастает.

Поглотитель на поверхности направляющего канала, содержащий изотоп бора-10 (в чистом виде или в составе какого-либо известного соединения, например, В4С, ZrB2, BN) экранирует тепловые нейтроны, избыточная генерация которых в водяной полости и вызывает всплеск энерговыделения в соседних твэлах. Для нанесения этого поглощающего слоя могут быть использованы известные методы, например, газодинамическое напыление, плазменное напыление, вакуумное напыление, методы катодного и магнетронного распыления и др.

Необходимая концентрация бора-10 и толщина поглощающего слоя на поверхности направляющего канала определяется методами стандартного нейтронно-физического расчета исходя из требований, предъявляемых к топливному циклу и условий ядерной безопасности. Одно из требований состоит в том, чтобы, практически, весь бор-10 в поглощающем слое выгорал не более чем за один цикл облучения тепловыделяющей сборки в реакторе.

Пример конкретного исполнения устройства.

На внешнюю поверхность направляющего канала, выполненного из циркониевого сплава Zyrcaloy-4 в виде трубки с внешнем диаметром 12.6 мм, толщиной стенки 0,5 мм, нанесен слой естественного бора с содержанием 19,8% бора-10 толщиной 0,05 мм. 24 таких направляющих канала размещены в квадратной тепловыделяющей сборке реактора PWR типа 17×17, содержащей 264 твэла с внешним диаметром 9,5 мм с диоксидным урановым топливом, обогащенным до 4,7% по урану-235.

Эффективность предлагаемого решения иллюстрируются результатами расчета описанной выше тепловыделяющей сборки PWR в сравнении с расчетами аналогичных сборок а) без выгорающего поглотителя (ВП) и б) с 12 твэгами, содержащими 8 вес.% Gd2O3, смешанного с UO2. Обогащение урана в твэгах 2,8 вес.% по урану-235.

Расчеты выполнены по программе MCNP [X-5 Monte Carlo Team, MCNP-A General Monte Carlo N-Partical Transport Code, Version 5, Los Alamos National Laboratory report LA-13709-M (April 24, 2003)]. Полученные результаты приведены на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена зависимости коэффициента критичности (Kinf) от среднего по тепловыделяющей сборке выгорания топлива, полученные для тепловыделяющей сборки а) без выгорающих поглотителей (верхняя черная кривая), б) с 12 твэгами, содержащими 8 вес.% Gd2O3, смешанного с UO2 (нижняя красная кривая) и в) со слоем поглощающего материала (Вест) толщиной 0.05 мм на внешней поверхности 24-х направляющих каналов (средняя синяя кривая). Из графиков на фиг.1 видно, что при одинаковой с гадолининем начальной компенсирующей способности бор-10 в поглощающем слое на поверхности направляющих каналов выгорает полностью, в то время как для вариантов с твэгами наблюдается потеря реактивности из-за недовыгоревших или невыгорающих изотопов гадолиния, а также из-за меньшей начальной загрузки топлива, вытесненного в твэгах окисью гадолиния.

На фиг. 2 показаны зависимости внутрикассетного коэффициента неравномерности энерговыделения Kk от времени облучения для: а) тепловыделяющей сборки без выгорающих поглотителей (средняя черная кривая), б) тепловыделяющей сборки с 12 твэгами (верхняя красная кривая) и в) со слоем поглощающего материала на поверхности направляющего канала толщиной 0.05 мм (нижняя синяя кривая). Как видно из приведенных графиков, наличие борного поглощающего слоя в направляющих каналах действительно позволяет существенно снизить внутрикассетную неравномерность энерговыделения на начальном этапе облучения тепловыделяющей сборки, когда эта неравномерность, как правило, максимальна.

Аналогичный результат будет достигнут, если изотоп бора-10 содержится не только в напыляемом слое на поверхности направляющего канала, но и частично введен в состав циркониевого сплава, из которого изготовлен направляющий канал, в количестве, не ухудшающем механические свойства этого сплава (ориентировочно ~0.1 вес.%).

Технический результат состоит в повышении теплотехнической надежности активной зоны и в увеличении мощности реакторной установки.


НАПРАВЛЯЮЩИЙ КАНАЛ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА С ВЫГОРАЮЩИМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ
НАПРАВЛЯЮЩИЙ КАНАЛ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА С ВЫГОРАЮЩИМ ПОГЛОТИТЕЛЕМ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 23.
10.05.2013
№216.012.3cd5

Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности в исследовательских и энергетических установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем. Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды содержит корпус с кольцевой крышкой, внутри которого размещены верхняя решетка,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481140
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.06.2013
№216.012.4e3e

Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в ядерных реакторах. Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды размещена в шахте (11) и разделена по радиусу выгородкой (2) на периферийную и центральную подзоны. В периферийной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485612
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.10.2013
№216.012.7af3

Способ определения пробивного потенциала изоляционного промежутка высоковольтного устройства

Изобретение относится к области электротехники. Сущность: последовательно проводят испытания исходного и высоковольтного устройств. При испытании исходного устройства элементарные резисторы соединяют в систему и определяют ее суммарное активное сопротивление. При каждом фиксированном значении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497137
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.07.2014
№216.012.dd15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522375
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.df97

Напорная камера

Изобретение относится к теплотехнике. Напорная камера (4) содержит цилиндрический корпус (3) с днищем (2), цилиндрическую обечайку (8) и решетку (6). Цилиндрическая обечайка (8) установлена коаксиально корпусу (3) и разделяет его полость на сообщенные между собой центральный отводящий (7) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523025
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e222

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Изобретение относится к атомной технике. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, пучок цилиндрических тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, и центрирующие элементы, выполненные в ячейках дистационирующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523676
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea94

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525860
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.eb15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525989
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee5a

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526837
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.11.2014
№216.013.09db

Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах содержит селективную мембрану (12),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533931
Дата охранного документа: 27.11.2014
Показаны записи 1-10 из 18.
10.05.2013
№216.012.3cd5

Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности в исследовательских и энергетических установках с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем. Массообменный аппарат с непрерывной подачей газовой среды содержит корпус с кольцевой крышкой, внутри которого размещены верхняя решетка,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481140
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.06.2013
№216.012.4e3e

Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано в ядерных реакторах. Активная зона с быстрорезонансным спектром нейтронов со сверхкритическим давлением воды размещена в шахте (11) и разделена по радиусу выгородкой (2) на периферийную и центральную подзоны. В периферийной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485612
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.10.2013
№216.012.7af3

Способ определения пробивного потенциала изоляционного промежутка высоковольтного устройства

Изобретение относится к области электротехники. Сущность: последовательно проводят испытания исходного и высоковольтного устройств. При испытании исходного устройства элементарные резисторы соединяют в систему и определяют ее суммарное активное сопротивление. При каждом фиксированном значении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497137
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.07.2014
№216.012.dd15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522375
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.df97

Напорная камера

Изобретение относится к теплотехнике. Напорная камера (4) содержит цилиндрический корпус (3) с днищем (2), цилиндрическую обечайку (8) и решетку (6). Цилиндрическая обечайка (8) установлена коаксиально корпусу (3) и разделяет его полость на сообщенные между собой центральный отводящий (7) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523025
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e222

Тепловыделяющая сборка ядерного реактора

Изобретение относится к атомной технике. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, пучок цилиндрических тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, и центрирующие элементы, выполненные в ячейках дистационирующих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523676
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea94

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525860
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.eb15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525989
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee5a

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526837
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.11.2014
№216.013.09db

Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах содержит селективную мембрану (12),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533931
Дата охранного документа: 27.11.2014
+ добавить свой РИД