Ядерная энергетическая установка

Решение относится к ядерной технике и может быть использовано в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением.
Известна ядерная экспериментальная установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовом теплоносителем или его сплавами и схему защитного газа с размещенными в корпусе, над свободным уровнем активной зоны, парогенераторами и средствами циркуляциями, например циркуляционными насосами, в которой выше активной зоны размещен кольцевой канал, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра активной зоны, с установленном в кольцевом канале или в его участках секциями парогенераторов, входной участок которых сообщен с объемом теплоносителя над активной зоной, а выходной участок с входной камерой насоса, размещенный в этом канале, напорная камера насоса сообщена через впускной канал с активной зоной реактора (Патент на изобретение № RU 2313143C1). Недостатком данного технического решения возможность вытекания жидкометаллического теплоносителя через аварийную неплотность в корпусе реактора в случае её возникновения.
Задача, решаемая полезная модель – повышение безопасности ядерной энергетической установки с жидкометаллическим теплоносителем в случае возникновения аварийной ситуации с возникновением неплотности в корпусе реактора.
Технический результат – исключение вытекания жидкометаллического теплоносителя из корпуса реактора в случае возникновения неплотности в корпусе реактора за счет использования физических свойств свинца и его сплавов (температура застывания 326°C – для Pb, 125°C – для эвтектики Pb-Bi), а также низкого давления жидкометаллического теплоносителя в корпусе реактора (0,01 – 0,05 МПа).
Технический результат достигается тем, что ядерная энергетическая установка, содержащая реактор с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем или его сплавами и систему защитного газа с размещенными в корпусе под свободным уровнем активной зоны, парогенераторами и средствами циркуляции, например циркуляционными насосами, в которой выше активной зоны размещен кольцевой канал, внутренний диаметр которого больше наружного диаметра активной зоны с установленными, в кольцевом канале или в его участках, секциями парогенераторов, входной участок – с входной камерой насоса, размещенной в этом канале, напорная камера насоса, сообщенная через опускной канал с активной зоной реактора, воздушный объем вокруг корпуса реактора в нижней части сообщены каналом с атмосферой, в верхней части он сообщен с атмосферой каналом с шибером, а на внутренней поверхности корпуса установлен слой теплоизоляции.
На рисунке (фиг. 1) представлена схема ядерной энергетической установки, реализующей предлагаемое техническое решение. В корпусе 1 ядерного реактора с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем и его сплавами под его свободным уровнем 2 размещены: активная зона 3, парогенератор 4, и средства циркуляции 5. На внутренней поверхности корпуса 1 установлен слой теплоизоляции 6. Воздушный объем 7 вокруг корпуса 1 реактора в нижней части 8 сообщен каналом 9 с атмосферой. Верхняя часть 10 воздушного объема 7 сообщена с атмосферой каналом 11 с шибером 12. В канале 11 установлен датчик 13 активности радиоактивных веществ в воздушном объеме. В реакторе установлены уровнемеры 14, для каждого свободного уровня 2 теплоносителя.
При работе ядерной энергетической установке в энергетических, мощностных режимах в воздушном объеме 7 вокруг корпуса 1 реактора осуществляется циркуляция воздуха, за счет движущего напора естественной циркуляции. Атмосферный воздух по каналу 9 поступает в нижнюю часть 8 воздушного объема 7, где отводит тепло от корпуса реактора, понижая температуру корпуса до температуры, меньшей температуры застывания жидкометаллического теплоносителя, находящегося в корпусе 1. Слой теплоизоляции 6 уменьшает величину теплового потока, проходящего через корпус 1 реактора и отводимого воздухом. Нагретый воздух из воздушного объема 7 поднимается в верхнюю часть 10 этого объема и по каналу 11 с частично открытым шибером 12 отводится в атмосферу.
В том случае, если при возникновении аварийной ситуации с разрушением участка корпуса и возникновением в нем неплотности расход воздуха в этом локальном участке, несмотря на принятие мероприятия, недостаточно для замораживания жидкометаллического теплоносителя в этом участке, например, при наложении на эту аварию дополнительно аварию парогенератора и с аварийным понижением давления в реакторном корпусе, возможно вытекание жидкометаллического теплоносителя из корпуса 1, что контролируется известными методами: – по повышению активности радиоактивных веществ в воздухе по датчику 13, понижению свободного уровня 2 теплоносителя по датчику 14, сочетанием этих сигналов или другими способами. В этом случае полностью открываются шиберы 12, установленные в канале 11, что приводит к увеличению расхода воздуха, отводящего тепло от корпуса реактора и понижению его температуры на аварийном участке, температурой ниже, чем температура застывания теплоносителя (326°C – у свинца).
Применение предлагаемого технического решения позволяет
– исключить вытекание жидкометаллического теплоносителя из реактора при аварийном разрушении его участка путем замораживания жидкого металла в месте его течи;
– обеспечить отвод тепла от корпуса реактора воздухом за счет движущего напора естественной циркуляции воздуха в случаях аварийного расхолаживания при отказе или уменьшений мощности других систем теплоотвода, тем самым повышая безопасность ядерной энергетической установки;
– Тепло, отводимое воздухом от корпуса реактора, можно полезно использовать, установив, например, теплообменник собственных нужд, в камеры с нагретым воздухом теплом, отведенным от корпуса реактора.