БЕСЧЕХЛОВАЯ РЕГУЛИРУЮЩАЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩАЯ СБОРКА ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
JACKETLESS REGULATING FUEL ASSEMBLY OF LIQUID METAL NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть применено в бесчехловых регулирующих тепловыделяющих сборках жидкометаллического ядерного реактора.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к изобретению является бесчехловая тепловыделяющая сборка жидкометаллического ядерного реактора, включающая тепловыделяющие элементы, установленные в дистанционирующих решетках вокруг центрального шестигранного канала, в котором размещен рабочий орган системы управления и защиты (патент РФ №2298849, МПК G21C 5/06, опубл. 10.05.2007).
В известной бесчехловой тепловыделяющей сборке ядерного реактора СВБР-100 (свинцово-висмутовый быстрый реактор) рабочий орган системы управления и защиты представляет собой цилиндрическую трубу, в которой установлены стержни управления и защиты. Цанговый захват хвостовика тепловыделяющей сборки своим внутренним диаметром охватывает лепестки цангового захвата трубы и фиксирует их в удерживающем рабочем состоянии. Рабочий орган управления и защиты вводится в активную зону посредством исполнительного механизма, соединенного с ним штангой.
Недостатком известной бесчехловой тепловыделяющей сборки является неоптимальное использование площади центрального шестигранного канала из-за увеличенного и неравномерного по периметру зазора между стенками центрального шестигранного канала и цилиндрической трубой рабочего органа, что приводит к уменьшению количества поглощающего материала в рабочем органе (уменьшение эффективности) и к увеличению паразитного расхода теплоносителя. Кроме этого, недостатком известной бесчехловой тепловыделяющей сборки является возможность случайного извлечения рабочего органа из тепловыделяющей сборки или несрабатывания рабочего органа (т.е. невозможность ввода в активную зону) в случае нарушения механической связи с исполнительным механизмом или заклинивания в цанговом захвате, что недопустимо по условиям ядерной безопасности.
Настоящее изобретение направлено на решение технической проблемы, связанной с повышением эффективности и надежности функционирования бесчехловой тепловыделяющей сборки и конструктивно с ней связанного рабочего органа системы управления и защиты.
Техническим результатом настоящего изобретения является гарантированное срабатывание рабочего органа для обеспечения его осевого перемещения в центральном шестигранном канале и ввода в активную зону, а также исключение вероятности случайного извлечения рабочего органа из тепловыделяющей сборки. Кроме этого, техническим результатом является максимальное использование площади центрального шестигранного канала и, соответственно, увеличение количества поглощающего материала в рабочем органе.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной бесчехловой тепловыделяющей сборке жидкометаллического ядерного реактора, содержащей тепловыделяющие элементы, установленные в дистанционирующих решетках вокруг центрального шестигранного канала, в котором размещен рабочий орган системы управления и защиты, согласно заявленному изобретению рабочий орган системы управления и защиты установлен в центральном шестигранном канале с возможностью ввода в активную зону под действием силы Архимеда, при этом центральный шестигранный канал снабжен верхним и нижним ограничителями осевого перемещения рабочего органа системы управления и защиты, а упомянутый рабочий орган выполнен с гексагональным поперечным сечением и состоит по меньшей мере из двух звеньев, шарнирно соединенных между собой и снабженных элементами для дистанционирования относительно шестигранного центрального канала.
Кроме этого, верхний ограничитель осевого перемещения рабочего органа системы управления и защиты выполнен в виде упора.
Кроме этого, нижний ограничитель осевого перемещения рабочего органа системы управления и защиты выполнен в виде дросселирующей шайбы или дросселирующей решетки.
Кроме этого, элементы для дистанционирования звеньев рабочего органа системы управления и защиты относительно центрального шестигранного канала выполнены в виде платиков.
Выполнение рабочего органа с гексагональной формой позволяет максимально использовать площадь центрального шестигранного канала для увеличения количества поглощающего материала в шестигранном рабочем органе и обеспечить тем самым необходимую эффективность рабочего органа. Кроме этого, выполнение рабочего органа гексагональной формы позволяет получить зазор между стенками центрального шестигранного канала и рабочего органа с минимально достаточной и постоянной по периметру величиной, исключающей паразитный расход теплоносителя и обеспечивающей выравнивание давления теплоносителя по проходному сечению центрального шестигранного канала. Выполнение рабочего органа по меньшей мере из двух звеньев, которые соединены шарнирно, значительно уменьшает вероятность заклинивания при осевом перемещении (всплытии под действием силы Архимеда) рабочего органа в центральном шестигранном канале, например, в случае искривления канала и рабочего органа под действием радиационной и температурной ползучести и формоизменения. Снабжение центрального шестигранного канала верхним и нижним ограничителями осевого перемещения рабочего органа системы управления и защиты исключает возможность случайного извлечения рабочего органа из тепловыделяющей сборки. Вышеуказанные свойства и эффекты, которые проявляются при использовании заявленной совокупности существенных признаков изобретения, позволяют обеспечить в бесчехловой тепловыделяющей сборке гарантированное срабатывание рабочего органа системы управления и защиты для обеспечения его осевого перемещения в центральном шестигранном канале и ввода в активную зону, а также невозможность случайного извлечения рабочего органа из тепловыделяющей сборки. Кроме этого, заявленное изобретение по сравнению с прототипом позволяет значительно упростить процесс монтажа активной зоны, поскольку изготовление бесчехловой тепловыделяющей сборки происходит в заводских условиях, а использование известной тепловыделяющей сборки при монтаже активной зоны предполагает проведение дополнительных работ по размещению и фиксации рабочего органа в центральном шестигранном канале тепловыделяющей сборки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена бесчехловая тепловыделяющая сборка (общий вид, продольный разрез), на фиг. 2 показана бесчехловая тепловыделяющая сборка (общий вид, поперечный разрез), на фиг. 3 представлен рабочий орган системы управления и защиты (общий вид), на фиг. 4 изображен рабочий орган системы управления и защиты в месте дистанционирования с центральным шестигранным каналом (поперечное сечение).
Бесчехловая тепловыделяющая сборка быстрого ядерного реактора со свинцовым теплоносителем (БРЕСТ ОД-300) содержит гладкостержневые тепловыделяющие элементы 1 контейнерного типа с таблеточным топливом. Несущим элементом тепловыделяющей сборки является каркас, состоящий из направляющих труб 2, дистанционирующих решеток 3, центрального шестигранного канала 4 и хвостовика 5. Тепловыделяющие элементы 1 установлены в ячейках дистанционирующих решеток 3 в три ряда вокруг центрального шестигранного канала 4. Рабочий орган 6 системы управления и защиты выполнен с гексагональным поперечным сечением и расположен в центральном шестигранном канале 4 с возможностью осевого перемещения и введения в активную зону под действием выталкивающей силы Архимеда. В верхней части центрального шестигранного канала 4 установлен верхний ограничитель осевого перемещения 7 рабочего органа 6 системы управления и защиты, который выполнен в виде упора. Рабочий орган 6 системы управления и защиты состоит, например, из двух звеньев - нижнего звена 8, содержащего поглотитель, и верхнего звена 9, выполняющего функцию удлинителя, которые соединены шарнирно. Рабочий орган 6 системы управления и защиты установлен в центральном шестигранном канале 4 с зазором. На верхних концевых деталях 10 и 11 звеньев 8 и 9 выполнены дистанционирующие элементы в виде платиков 12. Платики 12 расположены относительно стенок центрального шестигранного канала 4 с технологическим зазором, обеспечивающем возможность осевого перемещения рабочего органа 6 системы управления и защиты и его дистанционирования в центральном шестигранном канале 4. В нижней части центрального шестигранного канала 4 установлен нижний ограничитель осевого перемещения 13 рабочего органа 6 системы управления и защиты, который может быть выполнен в виде дроссельной шайбы или дроссельной решетки. Рабочий орган 6 системы управления и защиты соединен штангой с исполнительным механизмом (не показано), который при работе реактора удерживает рабочий орган 6 системы управления и защиты под активной зоной.
Бесчехловая тепловыделяющая сборка жидкометаллического ядерного реактора работает следующим образом:
При работе реактора на номинальной мощности нижнее звено 8 рабочего органа 6 системы управления и защиты удерживается в нижнем положении при помощи штанги исполнительного механизма. При этом верхнее звено 9 рабочего органа 6 системы управления и защиты размещается на уровне активной зоны в области высокого нейтронного потока. Такое решение позволяет снизить радиационную нагрузку на штангу исполнительного механизма.
При необходимости ввода поглотителя в активную зону с рабочего органа 6 системы управления и защиты снимается удерживающее усилие и он под действием силы Архимеда всплывает до своего верхнего положения, при котором нижнее звено 8 располагается напротив топливной части тепловыделяющих элементов 1. При необходимости возможно принудительное введение нижнего звена 8 рабочего органа 6 системы управления и защиты в активную зону усилием от штанги исполнительного механизма.
При осевом перемещении рабочего органа 6 системы управления и защиты в центральном шестигранном канале 4 его свободный (без заклинивания и заедания) проход обеспечивается за счет минимальной площади контакта рабочего органа 6 системы управления и защиты с центральным шестигранным каналом 4 - по узким платикам 12 верхних концевых деталей 10 и 11 звеньев 8 и 9 рабочего органа 6 системы управления и защиты.