УСТРОЙСТВО АКТИВНОЙ ЗОНЫ РЕАКТОРА НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ

Полезная модель относится к ядерной технике и может быть использована при эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах (РБН) для сокращения времени их вынужденного простоя и оптимизации перегрузки сборок.
Известна активная зона РБН, сформированная из сборок различного назначения [Fast reactor database 2006 update / IAEA, Austria, Vienna, 2006]. К таким сборкам можно отнести:
- штатные ТВС, обеспечивающие критическую массу ядерного топлива и необходимый запас реактивности на выгорание;
- сборки бокового экрана, выполняющие роль отражателя нейтронов и/или нейтронной защиты корзины и корпуса реактора;
- воспроизводящие сборки бокового экрана, предназначенные для воспроизводства ядерного топлива и защищающие корзину и корпус реактора от нейтронов;
- гильзы органов СУЗ;
- материаловедческие пакеты, предназначенные для внутриреакторных испытаний образцов исследуемых материалов и изделий из них;
- экспериментальные пакеты и устройства, с размещенными в них измерительными устройствами и приспособлениями (термопары, нейтронно-активационные детекторы и др.)
- пакеты для наработки радионуклидов.
При этом активная зона реактора сформирована так, что каждая ячейка (втулка) напорного коллектора оказывается занятой какой-либо сборкой. Такой активной зоной обладает, например, реактор БОР-60.
Недостатком описанного выше устройства активной зоны является то, что при возникновении необходимости перестановки сборок, вызванной различными причинами, осуществление операций по перестановке сборок становится возможным только после освобождения одной из ячеек, т.е. после извлечения какого-либо пакета из реактора, что сопряжено с определенными трудностями и с необходимостью проведения ряда операций. Извлекаемая сборка должна иметь низкое остаточное тепловыделение, после извлечения сборка должна быть отмыта и помещена во временное хранилище на здании реакторной установки, затем перед возвратом в реактор сборка должна быть просушена и разогрета в печи до требуемой температуры (в реакторе БОР-60 до ~250°C).
В исследовательских РБН нередко могут проводиться краткосрочные облучения и эксперименты, длительность которых меньше кампании реактора - несколько суток и даже часов. После завершения таких экспериментов и облучательных программ возникает необходимость останова реактора, его расхолаживания и извлечения исследуемой сборки или экспериментального устройства.
Целью заявляемой полезной модели является уменьшение времени вынужденного простоя реактора и оптимизация процедур перегрузки в РБН.
Для этого устройство активной зоны реактора на быстрых нейтронах, содержащие сборки различного назначения характеризуется тем, что сборки размещены в (N-M) ячейках напорного коллектора, где N - общее число ячеек напорного коллектора, M≥1 - число свободных ячеек напорного коллектора.
Свободные ячейки размещены в области с минимальной плотностью потока нейтронов, т.е. на периферии активной зоны реактора.
Втулки напорного коллектора свободных ячеек снабжены дросселирующей шайбой.
Наличие свободных ячеек позволяет осуществлять перестановку сборок в них или с их использованием:
- при возникновении необходимости остановки или приостановки облучения экспериментальных сборок и их перемещения из области с высокой плотностью потока нейтронов;
- при возникновении необходимости перестановки экспериментальных сборок в более подходящие для облучения ячейки;
- при обнаружении негерметичных ТВС внутриреакторной системой КГО.
Для уменьшения расхода теплоносителя через свободную ячейку она должна быть дросселирована. Поэтому, втулка напорного коллектора, предназначенная для свободной ячейки должна быть снабжена дросселирующей шайбой и обеспечивать запитку ячейки теплоносителем из камеры низкого давления с минимальным расходом, необходимым для охлаждения пакета, перестановка которого в эту ячейку потенциально возможна. Таким образом, условия для формирования свободной ячейки желательно предусмотреть на стадии проектирования реактора.
В штатном режиме теплоноситель, попадающий в активную зону через втулку свободной ячейки, циркулирует через реактор в пространстве между пакетами, не оказывая существенного влияния на гидравлику реактора.
Расположение свободных ячеек на периферии активной зоны ядерного реактора минимизирует возможную плотность потока нейтронов и их влияние на характеристики активной зоны. При необходимости свободная ячейка может быть дополнительно защищена от нейтронов сборками, содержащими поглотитель нейтронов.
Дросселирующая шайба позволяет минимизировать паразитный расход теплоносителя через свободную ячейку.
При этом свободная ячейка должна располагаться в месте, обеспечивающем минимально возможную плотность потока нейтронов. Наиболее подходящими для этого являются ячейки, расположенные на периферии активной зоны ядерного реактора. Такое расположение свободной ячейки минимизирует ее влияние на характеристики активной зоны. При необходимости свободная ячейка может быть дополнительно защищена от нейтронов сборками, содержащими поглотитель нейтронов.
На рисунке 1 показана картограмма реактора БОР-60, где: 1 - место свободной ячейки.
На рисунке 2 показана схема напорного коллектора, где: 2 - камера низкого давления, 3 - камера высокого давления, 4 - ТВС активной зоны и сборки бокового экрана, 5 - свободная ячейка, 6 - дросселирующая шайба.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить процедуру перестановки сборок и снизить длительность вынужденного простоя, увеличивая тем самым эффективность использования РБН.
Для вновь проектируемых РБН расположение свободной ячейки в активной зоне и ее параметры могут быть определены на стадии проектирования, что позволит обеспечить эксплуатацию реактора с наибольшей эффективностью.