ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в ядерных энергетических установках.
Известно устройство для поддержания заданной концентрации растворенного кислорода в стальном циркуляционном контуре ядерной энергетической установки со свинецсодержащим теплоносителем для реализации способа поддержания коррозионной стойкости стального циркуляционного контура со свинецсодержащим теплоносителем (патент РФ №2246561, C23F 11/00, от 20.02.2005).
В ядерной энергетической установке, включающей реактор с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, состоящей из тепловыделяющих сборок (ТВЭЛ), парогенераторами, насосами и системой защитного газа, узел, содержащий твердофазное средство окисления теплоносителя, растворимое в нем, узел выполнен в виде реакционной емкости, содержащей твердофазное средство окисления.
В качестве твердофазного средства окисления используют зернистый слой сферических гранул, прессованных из порошка оксида свинца, который удерживают в проницаемой для теплоносителя реакционной емкости, теплоноситель прокачивают через реакционную емкость, и твердофазное средство окисления растворяется в теплоносителе. Реакционная емкость может быть установлена в разъеме линии возврата, в открытом по торцам для прохода теплоносителя кольцевом зазоре, образованном наружной и внутренней трубами.
Однако установка реакционных камер не всегда удобна конструктивно, кроме того, недостаточно остаются восстанавливаемыми оксидные покрытия поверхности ТВЭЛ, которые находятся в зоне воздействий, способствующих изнашиванию.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Поставлена задача создания сравнительно простого устройства для установки непосредственно перед ТВЭЛами, снижающего их изнашивание в тяжелых условиях работы.
Технический результат - снижение воздействия на ТВЭЛы максимальных температур, возможных термоударов при срабатывании аварийной защиты, возможных термокачек при изменении мощности реактора и других воздействий, способствующих изнашиванию или локальному разрушению покрытий.
Этот технический результат достигается тем, что в ядерной энергетической установке, включающей реактор с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем, с размещенными под свободным уровнем активной зоной, состоящей из тепловыделяющих сборок, парогенераторами, насосами и системой защитного газа, узел, содержащий твердофазное средство окисления теплоносителя, растворимое в нем, узел, содержащий твердофазное средство окисления теплоносителя, выполнен в виде втулки из твердофазного средства, установленной на входе теплоносителя в тепловыделяющую сборку; в ядерной энергетической установке в качестве твердофазного средства окисления теплоносителя использован диоксид свинца.
Устройство позволяет осуществлять доформирование изнашиваемых защитных покрытий и формирование покрытий путем замены искусственных, достаточно сложных инженерных устройств, простым по конструкции устройством, реализующим процесс диффузии кислорода из вещества с его большей концентрацией в теплоноситель с его меньшей концентрацией.
При этом не исключается одновременное использование в разных местах установки реакционных емкостей - по прототипу.
Предлагаемая ядерная энергетическая установка приведена на фиг. 1 - общий вид, на фиг. 2 - увеличенный узел из твердофазного средства окисления теплоносителя.
Ядерная энергетическая установка включает реактор 1 с жидкометаллическим свинецсодержащим теплоносителем. Под свободным уровнем 2 размещены: состоящие из тепловыделяющих сборок 3 активная зона 4, парогенераторы 5, насосы 6, система защитного газа 7. На входе теплоносителя в тепловыделяющую сборку 3, состоящую из ТВЭЛов 8, установлен узел, содержащий твердофазное средство окисления теплоносителя, растворимое в нем, выполненный в виде втулки 9 из твердофазного средства, в качестве которого использован диоксид свинца. Втулка 9 изготавливается прессованием порошка диоксида свинца, количество которого может быть подобрано таким образом, чтобы обеспечить полный цикл доформирования и формирования защитного покрытия на ТВЭЛах 8.
Работа ядерной энергетической установки осуществляется следующим образом. С напора насоса 6 жидкометаллический теплоноситель поступает в напорную камеру реактора 1 со свободным уровнем 2, затем опускается и поступает на вход активной зоны 4. Теплоноситель, входя в тепловыделяющую сборку 3, омывает втулку 9. В результате взаимодействия потока теплоносителя с твердофазным средством окисления теплоносителя, например, из диоксида свинца, при рабочей температуре теплоносителя происходит его дообогащение кислородом. Последний омывает стальные поверхности оболочек ТВЭЛов. Примесь кислорода, поступившая в жидкометаллическим теплоноситель с поверхности втулки 9 в результате взаимодействия с компонентами сталей оболочек ТВЭЛов 8 доформировывает или формирует на их поверхностях новые (в случае их разрушения) защитные оксидные покрытия. Очевидно, что расположение источника окисления теплоносителя (втулка 9) непосредственно ближе по потоку от места его максимально необходимого потребления (оболочки ТВЭЛов 8) является оптимальным. Масса твердофазного средства окисления теплоносителя во втулке 9 обеспечивает дообогащение потока жидкометаллического теплоносителя, необходимое для доформирования и формирования защитных оксидных покрытий на поверхностях оболочек ТВЭЛов за время ресурса (компании) тепловыделяющей сборки в проектных условиях работы контура. После выработки ее ресурса реакторная установка выводится из работы и производится выгрузка тепловыделяющей сборки 3 с оставшимися элементами втулки 9 и установка новой («свежей») тепловыделяющей сборки 3 с новой втулкой 9 из твердофазного средства окисления теплоносителя.
Применение предлагаемого технического решения позволит:
- исключить возможные отказы и нарушения в процессе дообогащения теплоносителя кислородом, обеспечивающим доформирование изнашиваемых защитных покрытий и формирование покрытий в случае их разрушения в проектных режимах работы контура, в зоне воздействия на ТВЭЛы максимальных нагрузок;
- совместить операции перегрузки и замены твердофазного средства окисления жидкометаллического теплоносителя с операциями перегрузки отработавших ТВЭЛов.