поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора
Классы МПК: | G21C7/10 конструкция элементов управления |
Автор(ы): | Захаров А.В., Рисованый В.Д., Клочков Е.П. |
Патентообладатель(и): | Государственный научный центр Российской Федерации Научно- исследовательский институт атомных реакторов |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-07-25 публикация патента:
10.02.1999 |
Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в органах регулирования атомных реакторов. Изобретение позволяет увеличить рабочий ресурс поглощающих элементов на основе борсодержащих материалов без существенного снижения исходной эффективности поглощения нейтронов. С этой целью в нижней части оболочки поглощающего элемента под сердечником дополнительно выполняется газосборник, в который на всю его длину помещается (n,
)-поглотитель, например, в виде втулки из гафния. При этом свободный объем газосборника составляет 2-10% от общего внутреннего объема элемента. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
Формула изобретения
1. Поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, содержащий оболочку, загерметизированную концевыми деталями, поглощающий сердечник из борсодержащего материала и газосборник в виде свободной полости под оболочкой в верхней части поглощающего элемента, отличающийся тем, что в нижней части поглощающего элемента дополнительно выполнен газосборник, в него помещен (n,![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано в органах регулирования атомных реакторов. В атомных реакторах в качестве органов регулирования используются поглощающие стержни системы управления и защиты (ПС СУЗ), содержащие поглощающие элементы (пэлы) в виде заключенного в защитную оболочку поглощающего нейтроны материала. Поглощающие элементы в количестве, достаточном, чтобы обеспечить необходимую эффективность поглощения нейтронов, собираются в единую конструкцию, которая, перемещаясь в активной зоне реактора, обеспечивает регулировку мощности реактора или его остановку за счет поглощения части нейтронов деления. Известна конструкция поглощающего элемента ПС атомных реакторов на быстрых нейтронах [A.I.Efremov at all "Development and improvement of control rods for the BN-350 and BN-600 reactors"//Proceeding of a Technical Committee meeting held in Obninsk, Russian Federation, 3-7 July 1995 "Absorber materials, control rods and designs of Shutdown System for advanced liquid metal fast reactors", IAEA, 1996, p 19-32 ], которая включает поглощающий сердечник, состоящий из набора цилиндрических блочков из карбида бора, и защитную оболочку с приваренными к ней концевыми деталями. Для выхода гелия, образующегося при выгорании изотопа 10B по реакции (n,![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126001/945.gif)
- теплоноситель (вода под давлением) не должен контактировать с сердечником из-за ограниченной совместимости карбида бора с водой;
- габариты активных зон водо-водяных энергетических реакторов (типа ВВЭР-1000) требуют использования поглощающих элементов, длина которых в несколько раз больше, а диаметр в 2,5-3 раза меньше, чем для быстрых реакторов, что усложняет технологию, сильно удорожает изготовление сердечника из блочков карбида бора и операции контроля их размеров и величины зазоров. В качестве прототипа принята конструкция поглощающего элемента органов регулирования реакторов типа ВВЭР-1000 [Пономаренко В.Б., Щеглов А.В., Рисованый В.Д. и др. "Анализ результатов ресурсных испытаний различных пэлов в составе ПС СУЗ реактора ВВЭР-1000 V блока НВ АЭС и последующих исследований отработавших изделий"// Сб. докладов 4 межотраслевой конференции по реакторному материаловедению, Димитровград 15-19 мая 1995 г, т.4, с 19-37], которая включает оболочку в виде трубы, загерметизированной с обоих концов приваренными концевыми деталями, поглощающий сердечник из порошка карбида бора со средней плотностью, обеспечивающей необходимую концентрацию атомов бора, газосборник в виде свободной полости в верхней части поглощающего элемента, отделенной от сердечника газопроницаемой пробкой из никелевой сетки. Газосборник служит для сбора выделяющегося при выгорании изотопа 10B гелия. Эта конструкция поглощающего элемента обеспечивает более простую и дешевую технологию изготовления относительно конструкции с поглощающим сердечником в виде набора блочков. Однако данная конструкция пэла имеет ряд недостатков:
- экспериментально показано, что выделившийся при выгорании бора гелий только частично (10-15% от общего количества) попадает в газосборник из-за высокого газового сопротивления порошкового сердечника на пути газа в газосборник. Основная его часть заполняет свободный объем между частицами карбида бора в нижней части сердечника, и, из-за малой его величины, создает значительное внутреннее давление под оболочкой в месте наибольшего выгорания бора;
- при эксплуатации ПС в реакторе в качестве стержней аварийной защиты (A3), поглощающие элементы большую часть времени эксплуатации (95-97%) находятся в верхнем положении, когда нижняя часть столба поглотителя расположена на 80-100 мм выше верхнего края активной зоны. В результате выгорание изотопа 10B в сердечнике весьма неравномерно: максимально на уровне нижнего края сердечника, экспоненциально снижается кверху ПС и, на длине 250 мм (при длине сердечника 3800 мм), уменьшается до пренебрежимо малых значений. Распухание сердечника из карбида бора, соответственно, максимально в нижнем конце поглощающего элемента. В результате распухания сердечника в оболочке создаются растягивающие напряжения и происходит ее деформация. Таким образом, рабочий ресурс данной конструкции поглощающего элемента, ограниченный допустимой деформацией оболочки, определяется, во-первых, давлением на оболочку со стороны твердого распухающего сердечника в нижней части поглощающего столба и, во-вторых, давлением на оболочку со стороны скопившегося в нижней части выделившегося гелия. Целью изобретения является увеличение ресурса поглощающих элементов органов регулирования атомных реакторов на основе поглощающих материалов, содержащих бор за счет снижения при эксплуатации в реакторе внутреннего давления на оболочку со стороны сердечника и выделяющегося газа, без существенного снижения исходной эффективности поглощения элементов в целом. Указанная цель достигается в конструкции поглощающего элемента, содержащей оболочку, загерметизированную концевыми деталями, поглощающий сердечник из борсодержащего материала (например, карбида бора), и два газосборника в нижней и верхней частях элемента (нижний и верхний газосборники соответственно), отделенных от сердечника газопроницаемыми разделителями. Для компенсации снижения эффективности поглощения пэла из-за уменьшения длины сердечника, в него на всю длину газосборника в нижней части помещен, (n,
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
1, 9 - концевые детали;
2 - (n,
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
3 - нижний газосборник;
4, 7 - газопроницаемые разделители;
5 - поглощающий сердечник;
6 - защитная оболочка;
8 - верхний газосборник. В качестве примера конкретного исполнения может служить следующая конструкция поглощающего элемента ПС СУЗ для реактора ВВЭР-1000. В штатную оболочку (6) из нержавеющей стали 06Х18Н10Т диаметром 8,2 мм, толщиной стенки 0,6 мм и длиной 4220 мм в нижнем конце устанавливается газопроницаемый разделитель (4) в виде пробки из никелевой сетки и (n,
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126014/947.gif)
![поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора, патент № 2126181](/images/patents/345/2126001/945.gif)
Класс G21C7/10 конструкция элементов управления