ИМПУЛЬСНЫЙ ПОДКРИТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

Изобретение относится к области применения ядерных реакторов и энергетики, а также для ядерной накачки лазеров.
Известен подкритический ядерный реактор, работающий как усилитель энергии ускорителя протонов, электронов или более тяжелых ядер и содержащий ускоритель заряженных частиц, камеру, внутри которой расположена мишень и ядерное топливо. (ФИЗИКА ПОДКРИТИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА АРБУЗОВ Б.А., 1997 Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова) (1) (2).
Реакторы такого типа имеют существенный недостаток, так как в результате облучения мишени высоко энергетическими, заряженными частицами (протонами, электронами, дейтронами) образуются быстрые нейтроны, что приводит к необходимости увеличения концентрации делящегося радиоактивного вещества и не позволяет полностью выжигать ядерное горючее в составе топлива, а в случае замедления нейтронов лишает возможности воспроизводства ядерного топлива, что также приводит к увеличению габаритов реактора и требует первоначальные большие затраты электроэнергии.
Наиболее близким по технологической сущности и принятым за прототип является способ организации ядерных реакций №2007128650/06(031202) и имеющий пучки тепловых нейтронов и слабо обогащенное ядерное горючее и раздельное использование тепловых и быстрых нейтронов.
Недостатком описанной конструкции является отсутствие возможности перегружать наработанное ядерное топливо в активную зону и осуществлять раздельное облучение радиоактивных отходов и ядерного топлива.
Технической задачей и результатом изобретения является импульсный подкритический ядерный реактор использующийся в качестве мощного источника ионизирующего излучения, которое может быть использовано для получения потоков тепловой энергии и генерации ударных волн в подвижной среде, а также в качестве ядерной накачки лазеров.
Это достигается за счет выполнения импульсного подкритического ядерного реактора состоящего из камеры для ведения ядерных реакций, заполненной радиоактивным делящимся веществом, расположенной внутри контейнера для ядерной трансмутации элементов, импульсный подкритический ядерный реактор дополнительно снабжен каналами для ввода пучков нейтронов, устройством для перемещения стержня радиоактивного материала и каналами для вывода ионизирующего излучения, при этом контейнера для ядерной трансмутации элементов выполнен виде набора стержней, расположенных вокруг камеры для ведения ядерных реакций, причем указанные стрежни расположены в нескольких контурах и оснащены устройствами для их установки и извлечения. Контейнер для ядерной трансмутации элементов используется для наработки ядерного топлива, а также для облучения ядерных отходов, образовавшихся в процессе работы реактора
235
239
238
238
235
238
На фиг.1 показан продольный разрез реактора по вертикали а на фиг.2 продольный разрез по горизонтали и фиг.3 общий вид, в подкритический ядерный реактор по каналам 1 подают пучки медленных нейтронов к стержню 2, состоящему из смеси U или Рu и U в пропорциях: 85% U-15%U и расположенному внутри камеры для ведения ядерных реакций 3, камера расположена внутри контейнера для ядерной трансмутации элементов 4, внутри контейнера установлены в несколько рядов стержни 5 таких же размеров, как стержень, который установлен в камере для ядерных реакций и состоящие из U и снабженных устройством для установки и извлечения стержней 6. Стержень установлен в устройство для подачи стержней 7 а быстрые нейтроны 8 направляют в контейнера для ядерной трансмутации элементов, ядра образующиеся при делении и ионизирующее излучение 9 выводят из реактора дл дальнейшего использования. Робота реактора осуществляется следующим образом в
235
239
16
235
239
238
камеру для ведения ядерных реакций перемещает стержень 2 вдоль оси к точке пересечения пучков тепловых нейтронов, благодаря большой вероятности захвата тепловыми нейтронами ядрами U или Рu происходит постепенное полное выгорание ядерного радиоактивного делящегося вещества, скорость которого зависит от плотности нейтронов в пучках и соответствует мощности реактора. Так, при мощности в 1 МВт составит 3·10 актов деления в секунду. Так в процессе деления ядер U или Рu образуются быстрые нейтроны 8, которые не участвуют в процессе деления ядер в стержне в камере для ведения ядерных реакций и вылетают из камеры и попадают в контейнер для ядерной трансмутации элементов, где они захватываются ядрами, например U и в результате ядерных реакций
239
образуется Pu, который накапливается в стержнях и, когда концентрация Плутония в стержнях достигает 10% - 15%, могут перемесить в устройство для подачи стержней 7, который подается в камеру для ведения ядерных реакций, а стержень с выгоревшим топливом устанавливается на место извлеченного стержня в контейнере для ядерной трансмутации элементов, где происходит облучение радиоактивных отходов, которые с большой вероятностью участвуют в реакциях с нейтронами, в результате которых наиболее опасные продукты деления со средним временем жизни пережигаются, то есть либо переходят в устойчивые изотопы, либо, наоборот, в очень нестабильные, которые быстро распадаются. А ионизирующее излучение и осколки деления 9 выводятся из реактора и подают в устройства такие как кольцевой генератор или для ядерной накачки лазеров.
Импульсный подкритический ядерный реактор в сочетаний с нейтронным каскадным умножителем (№2007128682) и кольцевым генератором (№2008134665) образуют компактное энергосиловое устройство, предназначено для различных видов транспорта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вальтер А.К., Залюбовский И.И. Ядерная физика. Харьков: Основа, 1991.
2. Воронько В.А. и др. // Атом. энергия. 1990. Т. 68. С.449; 1991. Т. 71. С.563.