ЯДЕРНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РЕАКТОР

Полезная модель относится к ядерным исследовательским реакторам типа ВВР (водо-водяной реактор), работающим при низких температурах и давлениях охлаждающих контуров, а также при низком обогащении ядерного топлива и может быть использована в экспериментальных, научных и медицинских целях.
Известен исследовательский реактор, содержащий бассейн с водой, корпус с опорной решеткой, расположенный в бассейне, активную зону с тепловыделяющими сборками, расположенную в корпусе с крышкой, контур охлаждения активной зоны с водой под давлением, включающий теплообменник и насос за пределами бассейна реактора и трубопроводы, соединяющие теплообменник и насос с активной зоной, систему управления и защиты, экспериментальные каналы и устройства (см. патент SU 797412, кл. G21C 1/14, опубл. 23.11.1982). Недостатком известного устройства является недостаточная плотность нейтронного потока в активной зоне для облучения образцов из-за отсутствия отражателя нейтронов вокруг активной зоны и возможность оголения активной зоны с последующим перегревом тепловыделяющих сборок.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков.
Технический результат заключается в увеличении плотности нейтронного потока в активной зоне и исключении возможности оголения активной зоны. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что ядерный исследовательский реактор содержит цилиндрический корпус со сферическим днищем и крышкой с крестовиной, входной и выходной водяные коллекторы, а также опорную решетку тепловыделяющей сборки с ограждением, причем выходной водяной коллектор оснащен переливным патрубком с отверстием в верхней точке, входной водяной коллектор и переливной патрубок соединены трубопроводами с теплообменником, причем кромка перелива патрубка выходного коллектора расположена на уровне выхода воды из входного коллектора ниже рабочего уровня охлаждающей воды, на опорной решетке размещены алюминиевые вытеснители и дугообразный блок отражателей, а внутри корпуса к крышке реактора над блоком отражателей прикреплены каналы для размещения образцов-свидетелей. На уровне опорной решетки может быть размещена дополнительная опорная решетка с ограждением, на которой располагают дополнительные вертикальные бериллиевые отражатели. Реактор целесообразно снабдить экспериментальными каналами, крепящимися к крышке. На уровне высоты ограждения опорной решетки может быть расположена охранная решетка, которая может быть использована для размещения емкостей для образцов. Фланцы входного и выходного патрубков предпочтительно расположены на разных высотах.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез предлагаемого реактора,
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.
Предлагаемый исследовательский реактор содержит корпус 1 цилиндрической формы со сферическим днищем, в котором размещены входной 2 и выходной 3 водяные коллекторы. На концах патрубков коллектора 2 расположены подвижные втулки 4. На входе в коллектор 3 расположена опорная решетка 5 для размещения на ней тепловыделяющих сборок 6, а на выходе имеется переливной патрубок 7 с отверстием 8 в верхней точке. При этом кромка перелива патрубка 7 находится на уровне выхода воды из коллектора 2 ниже рабочего уровня охлаждающей воды. Коллектор 2 и патрубок 7 соединяются трубопроводами 9 и 10 с теплообменником 11, образуя с корпусом 1 первый контур теплообмена реактора. На уровне решетки 5 расположена дополнительная опорная решетка 12 с ограждением 13, на которой размещаются дополнительные вертикальные бериллиевые отражатели 14, алюминиевые вытеснители 15 и дугообразный блок отражателей 16. На уровне высоты ограждения 13 расположена охранная решетка 17 с расположенными на ней емкостями 18 и 19 для образцов. Решетка служит для защиты внутренней области корпуса 1 от случайного падения туда различных предметов. Сверху корпус закрывается крышкой 20 с крестовиной 21.
Внутри корпуса вне активной зоны расположены группы вертикальных каналов 22 и 23. Каналы 22 сквозные, вварены в днище корпуса 1 и проходят вверх через центрирующие отверстия решеток 17, 12 и крышки 20. Каналы 23 глухие, крепятся к крышке 20 и проходят вниз через центрующие отверстия решеток 12 и 17.
Над отражателями 14 соосно с некоторыми из них расположены каналы 24 для размещения в них образцов-свидетелей. Каналы 24 крепятся к крышке 20. Внутри активной зоны расположены каналы 25 системы управления и защиты, крепящиеся к крестовине, и глухие экспериментальные каналы 26, крепящиеся к крышке 20. Через блок отражателей 16 на уровне середины высоты активной зоны проходят глухие горизонтальные каналы 27, вваренные в стенку корпуса 1. Через стенку корпуса 1 проходит сквозной наклонный канал 28. В реакторе также предусмотрены каналы 29 для образцов-свидетелей. Фланцы входного и выходного патрубков 30 расположены на разных высотах для удобства обслуживания.
Работа реактора осуществляется следующим образом. Первый и второй контуры охлаждения реактора заполняются водой, которая насосами приводится в циркуляционное движение. В каналы 25 помещают элементы системы управления и защиты, а через центральное отверстие крышки 1 на решетку 5 устанавливаются сборки 6. В глухих каналах 23, 26 и 27 размещают облучаемые образцы. Емкости 18 и 19 используются для размещения в них облучаемых образцов и тепловыделяющих сборок при их перегрузках. Через один из сквозных каналов 22 и наклонный канал 28 производится выдача на хранение отработавших сборок и облученных образцов. Один из сквозных каналов используется как переливной для контроля максимального уровня воды в корпусе 1. В случае необходимости вместо каналов 24 устанавливаются дополнительные каналы для облучения образцов, фиксирующиеся нижним концом в решетке 12. При этом соосный с дополнительным каналом бериллиевый отражатель 14 удаляется.
Циркуляция воды в корпусе 1 в штатном режиме происходит следующим образом.
После входа в коллектор 2 вода разделяется по двум патрубкам коллектора и выходит через них в корпус 1. Из корпуса вода проходит через активную зону с тепловыделяющими сборками, расположенную в начале выходного коллектора 3 и затем через кромку перелива уходит вниз выходного коллектора.
В случае аварийного вытекания воды из системы первого контура, вода внутри корпуса 1 понизится только до уровня «Н», обеспечивая отвод тепла от активной зоны за счет конвекционного теплообмена в массе воды, оставшейся в корпусе 1. Отверстие 8 служит для входа воздуха в зону перелива воды через переливную кромку выходного коллектора при опускании уровня воды до отверстия 8, что приводит к разрыву сплошного потока стекающей воды и остановке ее дальнейшего вытекания из корпуса.
Для проверки герметичности первого контура производятся гидравлические испытания путем включения в работу циркуляционных насосов. При этом для запирания выхода воды в корпусе 1 из коллектора 2 выходные отверстия коллектора 2 закрываются втулками 4. Для проведения толщинометрии и дефектоскопии стенок бака неразрушающими методами контроля предусмотрена прямоугольная шахта 31, присоединенная к стенке бака.
Выполнение ядерного исследовательского реактора предлагаемой конструкции позволяет увеличить плотность нейтронного потока в активной зоне в 1,5-2 раза; расположить в активной зоне максимальное количество облучаемых каналов; исключить возможность оголения активной зоны при проектных авариях; обеспечить надежность системы охлаждения тепловыделяющих сборок с помощью естественной циркуляции теплоносителя в случае проектных аварий (разрыв первого контура, разгерметизация бака реактора); увеличить запас реактивности для длительных (до 200 часов) кампаний реактора; увеличить проходной канал в верхней крышке при перегрузках тепловыделяющих сборок; уменьшить «мертвые» зоны в баке реактора; обеспечить возможность проведения гидравлических испытаний первого контура реактора; обеспечить возможность проведения дефектоскопии стенок бака реактора неразрушающими методами контроля; обеспечить доступ к фланцевым соединениям для обслуживания и ремонта; а также сохранить при этом внешние габаритные размеры бака реактора ВВР-ц с последующим присоединением бака реактора ИВВ.10М к имеющимся закладным коммуникациям в существующей шахте реактора ВВР-ц.