СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
METHOD FOR FORMING ACTIVE ZONE OF RESEARCH NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к ядерной энергетике в области управления внутриреакторными процессами в исследовательских ядерных реакторах, активная зона которых набирается из ТВС со стержневыми твэлами, и может быть использовано для повышения эффективности облучения материалов в активной зоне и увеличения выхода производимых радионуклидов.
Известен способ формирования активной зоны исследовательского ядерного реактора, при реализации которого увеличение плотности потока тепловых нейтронов в реакторе достигается размещением в составе активной зоны полости, заполненной эффективным замедлителем нейтронов и окруженной со всех сторон реакторным топливом [Бать Г.А., Коченов А.С., Кабанов Л.П. Исследовательские ядерные реакторы: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985 (с.59-63), Цыканов В.А., Самсонов Б.В. Техника облучения материалов в реакторах с высоким нейтронным потоком. М.: Атомиздат, 1973 (с.10-12)].
Известно также, что облучение материалов в исследовательских реакторах часто выполняют непосредственно в активной зоне в специальных экспериментальных каналах, окруженных со всех сторон тепловыделяющими сборками (ТВС) или тепловыделяющими элементам (твэл). [Бать Г.А., Коченов А.С., Кабанов Л.П. Исследовательские ядерные реакторы: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1985, Цыканов В.А., Самсонов Б.В. Техника облучения материалов в реакторах с высоким нейтронным потоком. М.: Атомиздат, 1973 (с.41-73)]. Для облучения материалов также используют специальные ТВС, в конструкции которых предусмотрены специальные каналы для размещения облучаемых материалов [патент на полезную модель №68168].
Наиболее близким к заявляемому способу является способ формирования активной зоны исследовательского ядерного реактора с использованием ТВС трех модификаций [Цыканов В.А., Клинов А.В., Старков В.А. и др. Основные итоги первого этапа модернизации активной зоны СМ. Атомная энергия, 2007, т.102, вып.2, с.86-92]. Способ формирования активной зоны реактора заключается в том, что в активную зону устанавливают тепловыделяющие сборки трех модификаций: сборки с четырьмя ампульными каналами, с одним ампульным каналом и сборки без ампульных каналов. Выводят реактор на номинальную мощность, при достижении необходимого времени облучения образцов останавливают реактор и выгружают ампулы и устройства. При достижении заданного выгорания топлива в твэлах ТВС производится ее выгрузка в бассейн выдержки.
Недостатками указанных способов является то, что объем экспериментальных каналов в активной зоне является постоянным, определенным их конструкцией, а место размещения ТВС с экспериментальными каналами в активной зоне, как правило, фиксированным. Поэтому нет возможности оперативного, в ходе текущей эксплуатации реактора, изменения объема замедляющей полости или объема экспериментального канала в активной зоне при возникновении такой необходимости.
Объем замедлителя в экспериментальном канале определяет характеристики спектра нейтронов и эти характеристики не могут быть изменены в сторону увеличения доли тепловых нейтронов и повышения плотности потока тепловых нейтронов выше определенных значений. Имеющаяся в реакторе нейтронная ловушка также имеет ограниченный конструкцией экспериментальный объем, который не может быть оперативно, в ходе текущей эксплуатации изменен, что ограничивает экспериментальные возможности реактора.
Задачей данного технического решения является повышение эффективности облучения материалов в активной зоне и увеличение выхода производимых радионуклидов путем изменения объема замедляющей полости в активной зоне реактора.
Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования активной зоны исследовательского ядерного реактора устанавливают в активную зону тепловыделяющие сборки различных модификаций, причем при загрузке в активную зону тепловыделяющих сборок с экспериментальными каналами их ориентируют таким образом, чтобы экспериментальные каналы были направлены друг к другу или к нейтронной ловушке, создавая и/или увеличивая объем замедляющей полости. Затем выводят реактор на мощность и останавливают его при достижении заданных параметров облучения образцов или заданного значения выгорания топлива.
Установка двух ТВС с экспериментальным каналом, граничащих друг с другом, в соседние ячейки на границе нейтронной ловушки позволяет увеличить объем этой ловушки.
Установка четырех ТВС с экспериментальным каналом, граничащих друг с другом, в активной зоне позволяет создать дополнительную замедляющую полость.
Расположение, объем и геометрия дополнительной замедляющей полости в активной зоне от кампании к кампании может меняться.
Новыми существенными признаками по сравнению с прототипом являются:
- возможность эффективного увеличения объема нейтронной ловушки в реакторе путем загрузки ТВС с экспериментальными каналами в соседние ячейки, примыкающие к ловушке, таким образом, чтобы экспериментальные каналы в соседних ячейках граничили друг с другом и находились на границе нейтронной ловушки;
- возможность формирования в активной зоне замедляющей полости из экспериментальных каналов ТВС в соседних ячейках, ориентированных друг к другу, и тем самым обеспечение увеличения плотности потока тепловых нейтронов в активной зоне в месте размещения облучаемых материалов.
Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает новизной и изобретательским уровнем.
На фиг.1 представлена картограмма активной зоны реактора СМ,
где: 1 - центральная замедляющая полость;
2 - бериллиевый вкладыш;
3 - бериллиевые блоки отражателя:
4 - центральный компенсирующий орган
- канал отражателя;
- ячейка активной зоны с ТВС;
- компенсирующий орган;
- стержень аварийной защиты (АЗ) в бериллиевом вкладыше
- орган автоматического регулирования (АР)
На фиг.2 представлено поперечное сечение ТВС экспериментальным каналом, образованным удалением части твэлов,
где: 5 - корпус;
6 - твэл;
7 - вытеснитель;
8 - головка ТВС;
9 - ребро головки
На фиг.3 представлена картограмма активной зоны реактора СМ с двумя ТВС с экспериментальным каналом, установленными на границе нейтронной ловушки.
На фиг.4 представлена картограмма активной зоны реактора СМ с четырьмя ТВС с экспериментальным каналом, установленными в активной зоне.
В ячейки активной зоны загружают ТВС квадратного сечения, набранные из стержневых твэлов. В ряде ТВС имеются цилиндрические экспериментальные каналы, образованные удалением части твэлов. Например, в ТВС типа 184.10. имеется экспериментальный канал диаметром 24,5 мм (фиг.2). Это - канал максимального размера, который можно разместить в ТВС реактора СМ. Если две сборки этого типа установить на границе нейтронной ловушки так, как показано на фиг.3, появятся дополнительные облучательные объемы с плотностью потока тепловых нейтронов, близкой к плотности потока в нейтронной ловушке. В этих каналах можно разместить мишени для накопления радионуклидов. Объем материалов, облучаемых в условиях высокой плотности потока тепловых нейтронов, возрастет при этом более чем на 20%.
Можно также разместить четыре ТВС так, как показано на фиг.4. В этом случае в массиве твэлов в активной зоне будет образована дополнительная замедляющая полость, причем ее расположение в активной зоне от кампании к кампании может меняться.