[5]Изобретение относится к области атомной техники и может использоваться в ядерных реакторах на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем - свинцом или расплавом свинца и висмута.
[6]Наиболее близким аналогом изобретения является ядерный реактор на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем по проекту БРЕСТ-ОД-300. Ядерный реактор содержит тепловыделяющие сборки, охлаждаемые подъемным течением теплоносителя, и блоки бокового отражателя, снабженные внутренними проточными полостями, выходы теплоносителя из которых расположены на том же уровне, что и выходы теплоносителя из сборок [см. Годовой отчет НИКИЭТ-2013: Сб. статей. М.: ОАО «НИКИЭТ», 2013, стр. 21, 28-29]. Столб свинцового теплоносителя, находящийся во внутренней полости блока, выполняет функцию отражателя нейтронов вместе со стальными элементами конструкции блока, а отвод выделяющегося в блоке тепла происходит за счет циркуляции теплоносителя через полость.
[7]Известное техническое решение имеет ряд недостатков. Нижний подвод теплоносителя в блоки отражателя, выполненный на одном уровне с входом в тепловыделяющие сборки, ухудшает условия охлаждения твэлов, поскольку через них проходит меньше теплоносителя (из-за байпасного отбора во внутренние полости блоков отражателя). В аварийных ситуациях с частичным перекрытием проходного сечения теплосъем со сборок еще более ухудшится, так как возрастет доля теплоносителя, проходящего внутри блоков. Другой недостаток известного решения связан с тем, что для ограничения доли теплоносителя, распределяющегося внутрь блоков, требуется установка на входе в них дросселей, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям и механическим нагрузкам.
[8]Задачей изобретения является улучшение технико-экономических показателей эксплуатации ядерного реактора, снижение термических нагрузок на тепловыделяющие сборки.
[9]Получаемый технический результат состоит в увеличении расхода теплоносителя через тепловыделяющие сборки при одновременном снижении гидравлических потерь.
[10]Увеличение расхода через тепловыделяющие сборки достигается вследствие того, что при входе в реактор теплоноситель не поступает в блоки отражателя, а направляется в полном объеме на охлаждение сборок (за исключением незначительной его доли в технологических зазорах между блоками отражателя). А в блоки отражателя поступает теплоноситель, уже предварительно обеспечивший теплосъем со сборок. Кроме того, в аварийных ситуациях с локальным перекрытием проходного сечения расход теплоносителя останется локализованным в зоне сборок из-за невозможности оттока во внутренние полости блоков отражателя.
[11]Снижение гидравлических потерь в заявленном устройстве достигается за счет расположения входа теплоносителя в полости блоков, при котором не требуется его дросселирования. При этом снижаются механические нагрузки на узлы крепления блоков вследствие уменьшения воздействия со стороны жидкометаллического теплоносителя.
[12]Технический результат изобретения достигается за счет того, что в ядерном реакторе на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, содержащим тепловыделяющие сборки, охлаждаемые подъемным течением теплоносителя, и блоки бокового отражателя, снабженные внутренними проточными полостями, выходы теплоносителя из которых расположены на том же уровне, что и выходы теплоносителя из сборок, входы теплоносителя в полости расположены выше уровня топлива в сборках, а сборки выполнены бесчехловыми или с перфорированными чехлами.
[13]Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой в схематичном виде изображен фрагмент продольного сечения ядерного реактора.
[14]Ядерный реактор 1 на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем включает тепловыделяющие сборки 2, окруженные рядами блоков бокового отражателя 3. В тепловыделяющих сборках 2, выполненных бесчехловыми или с перфорированными чехлами, размещены стержневые твэлы, образующие топливный столб 4. Входы 5 теплоносителя в сборки 2 расположены снизу активной зоны реактора, а выходы 6 - над ней.
[15]Между блоками 3, а также между сборками 2 и блоками предусмотрены технологические зазоры 7.
[16]Блок бокового отражателя 3 представляет собой сборную конструкцию в виде длинномерной призмы, которая может иметь такое же поперечное сечение, как и сборка 2. В блоке 3 выполнена внутренняя проточная полость 8.
[17]Входы 9 теплоносителя во внутренние полости 8 блоков располагаются выше уровня топливного столба 4 тепловыделяющих сборок 2. Выходы 10 теплоносителя из полостей 8 располагаются на том же уровне, что и выходы 6 у тепловыделяющих сборок.
[18]При работе реактора тяжелый жидкометаллический теплоноситель - свинец или расплав свинца с висмутом - поступает снизу в ядерный реактор 1. При этом весь его объем направляется через входы 5 на охлаждение тепловыделяющих сборок 2, за исключением незначительной части, распределяющейся по технологическим зазорам 7. Поскольку сборки 2 выполнены бесчехловыми или с перфорированными чехлами, некоторая часть теплоносителя затем отклоняется и направляется из сборок 2 на боковые входы 9 блоков 3. Вследствие того, что входы 9 расположены выше уровня топливного столба 4, в блоки 3 отражателя поступает уже нагретый теплоноситель, предварительно обеспечивший охлаждение сборок. Находясь во внутренних полостях 8, теплоноситель выполняет функцию бокового отражателя нейтронов вместе со стальными элементами конструкции блоков 3. Проходя внутренние полости 8 и охладив, в свою очередь, блоки 3, теплоноситель затем через выходы 10 направляется за пределы активной зоны реактора.
[19]В результате того, что входы 9 разнесены по высоте с входами 5 и выполнены выше уровня топливного столба 4, на охлаждение сборок по всей их высоте направляется максимально возможный расход теплоносителя, а локальные возмущения потока при его развороте и входе в блоки отражателя оказываются вне области топливного столба и не ухудшают условия теплообмена. Одновременно с этим проявляется еще одно преимущество данного технического решения. Поскольку разница давлений между входами 9 и выходами 10 оказывается существенно меньшей, чем при нижнем подводе теплоносителя в блоки, становится возможным ограничить расход теплоносителя через внутренние полости 8 без применения дросселей.
[20]Таким образом, рассмотренная конструкция ядерного реактора, с одной стороны, обеспечивает лучшее охлаждение тепловыделяющих сборок и, с другой стороны, позволяет снизить входные гидравлические потери и уменьшить механические нагрузки на блоки отражателя со стороны теплоносителя.
