РАБОЧИЙ ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ
WORKING NEUTRON SOURCE

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для обеспечения контролируемого пуска реактора путем вывода реактора на рабочий уровень мощности после штатных и нештатных остановок.
Уровень техники
Для повышения безопасности реактора и его динамических характеристик, а также для снижения последствий пусковых реактивностных аварий, целесообразно внедрение технических мер, исключающих «слепой» пуск, так как в подкритическом реакторе нейтронный поток является единственным и наиболее важным изменяющимся параметром при повышении реактивности. Под контролируемым пуском подразумевается возможность измерения изменения потока нейтронов в активной зоне реактора в зависимости от положения компенсирующих органов штатной аппаратуры контроля.
3
Количество нейтронов, возникающих в активной зоне от спонтанного деления урана (~ 2 10 нейтр/с) не достаточно для создания контролируемого потока нейтронов на измерительных камерах при пуске.
Контроль подкритичности и мощности реактора является одной из важнейших задач обеспечения ядерной безопасности. Для обеспечения контролируемого пуска реактора необходимо соблюдение соответствия нейтронной мощности активной зоны и чувствительности регистрирующих нейтронный поток ионизационных камер, расположенных в конкретном месте вблизи активной зоны.
Для обеспечения контроля необходимо либо существенно увеличить нейтронный поток в подкритическом реакторе, либо соответственно повысить чувствительность пусковой аппаратуры. Наиболее рационально задача обеспечения надежного контроля мощности реакторов (в исходном подкритическом состоянии), оснащенных импульсной пусковой аппаратурой, может быть решена за счет размещения в активной зоне источников нейтронов.
Известны источники нейтронов в виде кластерных сборок. В состав сборки входят стержни двух типов: стержни с заливкой из сурьмы и стержни с засыпкой из горячепрессованного бериллия.
Такие конструкции имеют большие габариты и занимают значительную часть активной зоны.
Известны также источники нейтронов на основе таблеток из сурьмяно-бериллиевой композиции, помещенных в единый корпус. Такая конструкция источника нейтронов используется в настоящее время в атомных судовых установках.
Недостатком этой конструкции является возможность расплавления сурьмы при изготовлении и эксплуатации источника, что приведет к расслоению сурьмяно-бериллиевой композиции и уменьшению эффективности источника.
Известен также моноэнергетический источник нейтронов, описанный в патенте RU №1762676, МПК G21G 4700, опубл. 30.08.1994. Нейтронный источник представляет собой радиоактивную сурьму, заключенную в оболочку из бериллия, которую размещают в слое железа, при этом изменяют толщину слоя бериллия и железа, а толщину определяют из расчетных соотношений.
Устройство содержит источник фотонов - сурьму в форме цилиндра, источник фотонейтронов - бериллий в форме цилиндрической трубы, фильтр нейтронов - железо в форме стакана, в который помещают систему сурьма - бериллий и закрывают пробкой из железа.
Недостатком этой конструкции также является возможность расплавления сурьмы при изготовлении и эксплуатации источника, что приведет к расслоению сурьмяно-бериллиевой композиции и уменьшению эффективности источника.
Раскрытие изобретения
Изобретение решает задачу повышения надежности рабочего источника нейтронов.
Технический результат изобретения заключается в создании дополнительных барьеров безопасности между теплоносителем и материалами активной части источника нейтронов, повышении прочности кластерных сборок стержней источников нейтронов, повышении ресурса безаварийной работы источника нейтронов, его надежности и долговечности.
На достижение каждого из указанных выше технических результатов оказывают влияние следующие отличительные признаки изобретения.
Для решения поставленной задачи предложена конструкция рабочего источника нейтронов, представляющая оболочку из прочного материала, например стали, с четырьмя винтовыми ребрами, расположенными с внешней стороны оболочки, служащими для придания прочности кластерной сборке источников нейтронов, внутри которой размещена ампула, содержащая активные элементы - сурьму и бериллий с коаксиальным расположением раздельных сурьмяных и бериллиевых полостей. Сурьма заключена в центральную оболочку ампулы из материала, который не взаимодействует с сурьмой при заливке и эксплуатации, например, из сплава на основе ниобия. Центральная оболочка ампулы выполнена герметичной. Бериллий в виде засыпки из порошка расположен между оболочкой сурьмы и оболочкой ампулы. Пористость засыпки бериллиевого порошка 45%, размер частиц 60-200 мкм. Оболочка ампулы выполнена из материала, слабо взаимодействующей с бериллием, например, из стали ферритно-мартенситного класса.
Сверху над ампулой располагается верхний газосборник, который служит компенсационным объемом-сборником газообразных продуктов деления. Газосборник через шайбы поджимается к ампуле с помощью пружины.
Снизу ампула опирается на отражатель и нижний газосборник. Газосборники, отражатель и шайбы выполнены из прочного материала, например из стали ферритно-мартенситного класса.
Внутренняя полость оболочки источника нейтронов заполнена гелием для обеспечения теплопередачи.
Оболочка источника нейтронов загерметизирована двумя хвостовиками: верхним и нижним. Герметизация производится с помощью аргонодуговой сварки.
Ампула помещается в оболочку источника нейтронов с зазором 0,1 мм.
Ампула размещена в четырехреберной оболочке для создания дополнительного барьера безопасности.
Рабочий источник нейтронов обеспечивает контролируемый пуск реактора из подкритичного состояния при полностью погруженных органах СУЗ в любой момент времени в течение полного срока службы активной зоны, кроме первоначального пуска.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображен рабочий источник нейтронов в разрезе, общий вид. На фиг. 2 изображена ампула рабочего источника нейтронов в разрезе.
Осуществление изобретения
Рабочий источник нейтронов контейнерного типа содержит оболочку 1 из стали ферритно-мартенситного класса диаметром 12 мм по гладкой части с толщиной стенки 0,4 мм с четырьмя винтовыми ребрами, расположенными с внешней стороны оболочки. Диаметр по ребрам 13,5 мм, шаг навивки ребер 750 мм (на чертеже не показаны).
Внутри оболочки размещена ампула 4 с активными элементами - сурьмой и бериллием. Активные элементы расположены в раздельных сурьмяных и бериллиевых полостях в виде коаксиальной конструкции.
Над ампулой сверху располагается верхний газосборник 5, который служит компенсационным объемом-сборником газообразных продуктов деления. Газосборник 5 через шайбы 7 поджимается к ампуле с помощью пружины 6.
Снизу ампула опирается на отражатель 8 и нижний газосборник 9.
Внутренняя полость оболочки источника нейтронов заполнена гелием для обеспечения теплопередачи.
Оболочка источника нейтронов загерметизирована двумя хвостовиками: верхним 2 и нижним 3.
Герметизация производится с помощью аргонодуговой сварки.
Оболочка источника, газосборники, отражатель и шайбы выполнены из стали ферритно-мартенситного класса.
На фиг. 2 показан вид ампулы, выполненной в виде коаксиальной конструкции, где сурьма 10, расположена в центральной оболочке ампулы 11. Центральная оболочка ампулы 11 выполнена из сплава на основе ниобия, который не взаимодействует с сурьмой при заливке и эксплуатации. Между центральной оболочкой ампулы 11 и оболочкой ампулы 12 расположен бериллий в виде засыпки (не показан). Бериллий представляет собой порошок с размером частиц 60-200 мкм, а пористость засыпки бериллиевого порошка составляет 45%.
Оболочка ампулы 12 выполнена из стали ферритно-мартенситного класса, слабо взаимодействующей с бериллием.
Центральная оболочка ампулы, где располагается сурьма, выполнена герметичной. Центральная оболочка ампулы и ее элементы могут быть выполнены, например, из сплава ВН-2АЭ.
Ампула 4 помещается в оболочку 1 из стали ферритно-мартенситного класса с зазором 0,1 мм. Длина активной части ампулы 190 мм, габаритная длина РИН (активная часть) 1720 мм.
За счет создания дополнительных барьеров безопасности между теплоносителем и материалами активной части источника рабочий источник нейтронов заявляемой конструкции, его активная часть, обеспечивает надежную работу реакторной установки на протяжении кампании 53000 эффективных часов (около 8 лет).