[1]1. Ядерный реактор с активной зоной, включающей множество запально-воспроизводящих модулей,
каждый запально-воспроизводящий модуль содержит:
а) центральную запальную зону, причем запальная зона включает топливные элементы запальной зоны, выполненные из материала, способного к
ядерному делению, содержащего U-235 и U-238;
b) круговую зону воспроизводства, окружающую запальную зону и включающую топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие преимущественно торий
и примерно 10% объем, или менее обогащенного урана;
с) замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов замедлителя к топливу находится в диапазоне примерно от 2,5 до 5,0; и
d)
замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение замедлителя к топливу между примерно 1,5 и 2,0.
[2] 2. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что каждый из топливных элементов
запальной зоны состоит из сплава уран-цирконий.
[3] 3. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что запальная зона составляет между примерно 25 и 40% от общего объема каждого
запально-воспроизводящего модуля.
[4] 4. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что первая группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие
уран, обогащенный до первого уровня, а вторая группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до второго, более высокого уровня, причем
топливные элементы запальной зоны в первой группе запально-воспроизводящих модулей изготовлены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение одного цикла топлива запальной зоны, а
топливные элементы запальной зоны во второй группе запально-воспроизводящих модулей изготовлены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение, по меньшей мере, двух циклов топлива
запальной зоны.
[5] 5. Ядерный реактор по п. 4, отличающийся тем, что третья группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный
до третьего, еще более высокого уровня, причем топливные элементы запальной зоны в третьей группе запально-воспроизводящих модулей изготовлены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение,
по меньшей мере, трех циклов топлива запальной зоны.
[6] 6. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что замедлитель в запальной зоне и зоне воспроизводства представляет собой легкую
воду.
[7] 7. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что отношение объемов замедлителя к топливу в запальной зоне находится в диапазоне примерно от 3,0 до 3,5.
[8] 8. Ядерный
реактор по п. 1, отличающийся тем, что центральная запальная зона дополнительно содержит множество стержней из выгорающего поглотителя.
[9] 9. Ядерный реактор по п. 8, отличающийся тем, что
множество стержней из выгорающего поглотителя включает стержни из поглотителя WABA и стержни из поглотителя, содержащего гадолиний.
[10] 10. Ядерный реактор с активной зоной, включающей
множество запально-воспроизводящих модулей, каждый запально-воспроизводящий модуль содержит:
а) центральную запальную зону, причем запальная зона включает плутониевые топливные элементы
запальной зоны;
b) зону воспроизводства, окружающую запальную зону и включающую топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие преимущественно оксид тория с небольшим процентным
содержанием оксида плутония и небольшим процентным содержанием отходов обогащения урана;
с) замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов замедлителя к топливу находится в диапазоне
примерно от 2,5 до 3,5; и
d) замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение объемов замедлителя к топливу между примерно 1,5 и 2,0.
[11] 11. Ядерный реактор по п. 10,
отличающийся тем, что каждый из топливных элементов запальной зоны состоит из сплава плутоний-цирконий.
[12] 12. Ядерный реактор по п. 10, отличающийся тем, что запальная зона составляет
между примерно 45 и 55% общего объема каждого запально-воспроизводящего модуля.
[13] 13. Ядерный реактор по п. 10, отличающийся тем, что топливные элементы зоны воспроизводства содержат
примерно 1% или менее оксида плутония.
[14] 14. Ядерный реактор по п. 10, отличающийся тем, что топливные элементы зоны воспроизводства содержат примерно 2-5% объем, отходов обогащения
урана.
[15] 15. Ядерный реактор по п. 10, отличающийся тем, что отношение объемов замедлителя к топливу в запальной зоне находится в диапазоне примерно от 2,5 до 3,0.
[16] 16.
Ядерный реактор по п. 10, отличающийся тем, что центральная запальная зона дополнительно включает множество стержней из выгорающего поглотителя.
[17] 17. Ядерный реактор по п. 10,
отличающийся тем, что множество стержней из выгорающего поглотителя включает стержни из поглотителя WABA и стержни из поглотителя, содержащего гадолиний.
[18] 18. Способ эксплуатации
активной зоны ядерного реактора, содержащей, по меньшей мере, первую и вторую группу запально-воспроизводящих модулей, при этом каждый упомянутый запально-воспроизводящий модуль в каждой из упомянутых
групп включает центральную запальную зону и круговую зону воспроизводства, упомянутый способ включает этапы:
а) загрузку запальных зон упомянутой первой группы упомянутых
запально-воспроизводящих модулей множеством топливных элементов запальной зоны, содержащих уран, обогащенный до первого уровня;
b) загрузку запальных зон упомянутой второй группы упомянутых
запально-воспроизводящих модулей множеством топливных элементов запальной зоны, содержащих уран, обогащенный до второго, более высокого уровня;
с) загрузку каждой из упомянутых зон
воспроизводства в упомянутых первой и второй группах упомянутых запально-воспроизводящих модулей множеством топливных элементов зоны воспроизводства, содержащих преимущественно оксид тория, смешанный
примерно с 10% объем, или менее оксида урана;
d) обеспечение замедлителем упомянутых запальных зон в каждом из упомянутых запально-воспроизводящих модулей упомянутых первой и второй групп,
при этом отношение объемов замедлитель/топливо в диапазоне примерно 2,5 - 5,0;
е) обеспечение замедлителем упомянутой зоны воспроизводства в каждом из упомянутых запально-воспроизводящих
модулей упомянутых первой и второй групп, при этом отношение объемов замедлитель/топливо в диапазоне примерно 1,5 - 2,0;
f) замену топливных элементов запальной зоны в упомянутой первой
группе запально-воспроизводящих модулей в конце первого цикла топлива запальной зоны на свежие топливные элементы запальной зоны первой группы;
g) замену топливных элементов запальной зоны в
упомянутой второй группе запально-воспроизводящих модулей в конце второго цикла топлива запальной зоны на свежие топливные элементы запальной зоны второй группы;
h) замену упомянутых
топливных элементов зоны воспроизводства в каждом из упомянутых запально-воспроизводящих модулей упомянутых первой и второй групп в конце цикла топлива зоны воспроизводства, при этом длительность
упомянутого цикла топлива зоны воспроизводства не зависит от длительности упомянутых циклов топлива запальной зоны.
[19] 19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что длительность упомянутых
циклов топлива запальной зоны выбирается такой, чтобы каждая группа из топливных элементов запальной зоны оставалась в упомянутой активной зоне до тех пор, пока содержание урана в них не понизится до
примерно 20% или менее от первоначального содержания в них урана.
[20] 20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что дополнительно включает этапы:
загрузку каждой из запальных зон
третьей группы упомянутых запально-воспроизводящих модулей в упомянутой активной зоне топливными элементами запальной зоны, содержащими уран, обогащенный до третьего уровня, который выше, чем
упомянутые первый и второй уровни;
загрузку каждой из зон воспроизводства в упомянутых запально-воспроизводящих модулях третьей группы множеством топливных элементов зоны воспроизводства,
содержащих преимущественно оксид тория, смешанный примерно с 10% объем, или менее оксидом урана; и
замену упомянутых топливных элементов запальной зоны в упомянутых запально-воспроизводящих
модулях третьей группы в конце третьего цикла топлива запальной зоны на свежие топливные элементы запальной зоны третьей группы.
[21] 21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что упомянутый
этап замены упомянутых топливных элементов зоны воспроизводства дополнительно включает замену упомянутых топливных элементов зоны воспроизводства в каждом из упомянутых запально-воспроизводящих
модулей в конце 9 циклов топлива запальной зоны.
[22] 22. Способ по п. 18, отличающийся тем, что упомянутая активная зона ядерного реактора выбирается такой, чтобы она была активной зоной
обычного ядерного реактора с водой под давлением, а каждый из упомянутых запально-воспроизводящих модулей имеет размер и форму поперечного сечения, которые такие же как и у обычных урановых ТВЭлов,
используемых в обычном ядерном реакторе с водой под давлением.
[23] 23. Способ по 22, отличающийся тем, что каждый из упомянутых запально-воспроизводящих модулей имеет гексагональную форму
поперечного сечения.
[24] 24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что каждый из упомянутых запально-воспроизводящих модулей имеет квадратную форму поперечного сечения.
[25] 25.
Способ по п. 18, отличающийся тем, что каждый из упомянутых топливных элементов запальной зоны в обеих упомянутых группах выполнен из материала, способного к ядерному делению, содержащего U-235 и
U-238 в отношении, примерно, 20% или менее U-235 к 80% или более U-238.
[26] 26. Способ по п. 18, отличающийся тем, что запальные зоны в каждом запально-воспроизводящем модуле составляют
примерно 25 - 40% от общего объема каждого из упомянутых запально-воспроизводящих модулей.
[27] 27. Способ по п. 18, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап перестановки
запально-воспроизводящих модулей в упомянутой активной зоне ядерного реактора после каждого цикла топлива запальной зоны для регулирования распределения выделяемой мощности по упомянутой активной
зоне.
[28] 28. Способ по п. 20, отличающийся тем, что дополнительно содержит этапы: замену топливных элементов запальной зоны в первой группе запально-воспроизводящих модулей в конце
четвертого и седьмого циклов топлива запальной зоны на свежие топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до упомянутого третьего уровня, замену топливных элементов запальной зоны
в упомянутой второй группе запально-воспроизводящих модулей в конце пятого и восьмого циклов топлива запальной зоны на свежие топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до
упомянутого третьего уровня, и замену топливных элементов запальной зоны в упомянутой третьей группе упомянутых запально-воспроизводящих модулей в конце шестого и девятого циклов топлива запальной
зоны на свежие топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до упомянутого третьего уровня.
[29] 29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что упомянутый этап замены
упомянутых топливных элементов зоны воспроизводства дополнительно включает замену упомянутых топливных элементов зоны воспроизводства в каждом из упомянутых запально-воспроизводящих модулей упомянутых
первой, второй и третьей групп в конце девятого цикла топлива запальной зоны.
[30] 30. Способ по п. 20, отличающийся тем, что упомянутый третий уровень обогащения урана составляет примерно
20% или менее U-235 к 80% или более U-238.
[31] 31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй уровни обогащения урана составляют примерно 12% U-235 к 88% U-238 и
примерно 17% U-235 к 83% U-238, соответственно.
[32] 32. Способ по п. 18, отличающийся тем, что упомянутый этап обеспечения замедлителем упомянутых запальных зон дополнительно включает
обеспечение замедлителем упомянутых запальных зон в каждом из упомянутых запально-воспроизводящих модулей упомянутых первой, второй и третьей групп, а отношение объемов замедлитель/топливо в диапазоне
примерно 3,0 - 3,5.
[33] 33. Ядерный реактор по п. 1, отличающийся тем, что топливные элементы запальной зоны выполнены из материала, способного к ядерному делению, содержащего U-235 и
U-238 в отношении: примерно не более 20% урана-235 к не менее 80% урана-238, а топливные элементы зоны воспроизводства содержат преимущественно торий и примерно 10% объем, или менее обогащенного урана,
имеющего 20% или менее U-235.
[34] 34. Ядерный реактор по п. 33, отличающийся тем, что каждый из топливных элементов запальной зоны состоит из сплава уран-цирконий.
[35] 35.
Ядерный реактор по п. 33, отличающийся тем, что запальная зона составляет между примерно 25 и 40% от общего объема каждого запально-воспроизводящего модуля.
[36] 36. Ядерный реактор по п.
33, отличающийся тем, что первая группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до первого уровня, а вторая группа упомянутых
запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до второго, более высокого уровня, при этом топливные элементы запальной зоны в первой группе
запально-воспроизводящих модулей изготовлены таким образом, чтобы они оставались в активной зоне в течение одного цикла топлива запальной зоны, а топливные элементы запальной зоны в второй группе
запально-воспроизводящих модулей изготовлены таким образом, чтобы они оставались в активной зоне в течение, по меньшей мере, двух циклов топлива запальной зоны.
[37] 37. Ядерный реактор по
п. 36, отличающийся тем, что третья группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, обогащенные по урану до третьего, еще более высокого уровня, при этом топливные
элементы запальной зоны в третьей группе запально-воспроизводящих модулей изготовлены таким образом, чтобы они оставались в активной зоне в течение, по меньшей мере, трех циклов топлива запальной
зоны.
[38] 38. Ядерный реактор по п. 33, отличающийся тем, что замедлитель в запальной зоне и зоне воспроизводства представляет собой легкую воду.
[39] 39. Ядерный реактор по п.
33, отличающийся тем, что отношение объемов замедлителя к топливу в запальной зоне находится в диапазоне примерно от 3,0 до 3,5.
[40] 40. Ядерный реактор по п. 33, отличающийся тем, что
центральная запальная зона дополнительно содержит множество стержней из выгорающего поглотителя.
[41] 41. Ядерный реактор по п. 40, отличающийся тем, что множество стержней из выгорающего
поглотителя включает стержни из поглотителя WABA и стержни из поглотителя, содержащего гадолиний.
[42] 42. Ядерный реактор по п. 33, отличающийся тем, что каждый из запально-воспроизводящих
модулей имеет форму поперечного сечения и размер, которые обеспечивают переоснащение запально-воспроизводящими модулями обычных ядерных реакторов с водой под давлением.
[43] 43. Ядерный
реактор по п. 1, отличающийся тем, что каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет форму поперечного сечения и размер, которые обеспечивают переоснащение запально-воспроизводящими модулями
обычных ядерных реакторов с водой под давлением.
[44] 44. Ядерный реактор по п. 43, отличающийся тем, что каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет гексагональную форму поперечного
сечения.
[45] 45. Ядерный реактор по п. 43, отличающийся тем, что каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет квадратную форму поперечного сечения.
[46] 46. Ядерный реактор
по п. 42, отличающийся тем, что каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет гексагональную форму поперечного сечения.
[47] 47. Ядерный реактор по п. 42, отличающийся тем, что каждый из
запально-воспроизводящих модулей имеет квадратную форму поперечного сечения.
[48] 48. Активная зона легководного ядерного реактора, содержащая множество запально-воспроизводящих модулей,
при этом каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет форму поперечного сечения, выбранную из группы, состоящей из гексагональной и квадратной форм, а каждый из запально-воспроизводящих модулей
содержит:
а) центральную запальную зону, причем запальная зона включает топливные элементы запальной зоны, выполненные из материалов, способных к ядерному делению, содержащих U-235 и U-238,
при этом первая группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до первого уровня, а вторая группа запально-воспроизводящих модулей
включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до второго, более высокого уровня, при этом топливные элементы запальной зоны в первой группе запально-воспроизводящих модулей
выполнены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение одного цикла топлива запальной зоны, а топливные элементы запальной зоны во второй группе запально-воспроизводящих модулей выполнены
таким образом, что они остаются в активной зоне в течение, по меньшей мере, двух циклов топлива запальной зоны;
b) круговую зону воспроизводства, окружающую запальную зону и включающую
топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие, преимущественно, торий и примерно 10% объем, или менее обогащенного урана;
с) замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов
замедлителя к топливу в диапазоне примерно от 2,5 до 5,0; и
d) замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение объемов замедлителя к топливу в диапазоне примерно от 1,5 до 2,0.
[49] 49. Ядерный реактор по п. 48, отличающийся тем, что запальная зона составляет между примерно 25 и 40% от общего объема каждого запально-воспроизводящего модуля.
[50] 50. Ядерный
реактор по п. 48, отличающийся тем, что третья группа запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, обогащенные по урану до третьего, еще более высокого уровня, при этом
топливные элементы запальной зоны в третьей группе запально-воспроизводящих модулей выполнены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение, по меньшей мере, трех циклов топлива запальной
зоны.
[51] 51. Ядерный реактор по п. 48, отличающийся тем, что топливные элементы запальной зоны изготовлены из материала, способного к ядерному делению, содержащего U-235 и U-238 в
отношении примерно 20% или менее U-235 к 80% или более U-238, а топливные элементы зоны воспроизводства содержат преимущественно торий и примерно 10% объем, или менее обогащенного урана, имеющего 20%
или менее U-235.
[52] 52. Активная зона легководного ядерного реактора, включающая множество запально-воспроизводящих модулей, при этом каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет
форму поперечного сечения, выбранную из группы, состоящей из гексагональной и квадратной форм, а каждый из запально-воспроизводящих модулей содержит:
а) центральную запальную зону,
составляющую между примерно 25% и 40% от общего объема каждого запально-воспроизводящего модуля, причем запальная зона содержит топливные элементы запальной зоны, изготовленные из материала,
способного к ядерному делению, содержащего U-235 и U-238;
b) круговую зону воспроизводства, окружающую запальную зону и включающую топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие
преимущественно, торий и примерно 10% объем, или менее обогащенного урана;
с) замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов замедлителя к топливу в диапазоне примерно от 2,5 до 5,0;
и
d) замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение объемов замедлителя к топливу в диапазоне примерно от 1,5 до 2,0.
[53] 53. Активная зона легководного ядерного реактора,
включающая множество запально-воспроизводящих модулей, при этом каждый из запально-воспроизводящих модулей имеет форму поперечного сечения, выбранную из группы, состоящей из гексагональной и
квадратной форм, а каждый из запально-воспроизводящих модулей содержит:
а) центральную запальную зону, при этом запальная зона составляет между примерно 25 и 40% от общего объема каждого
запально-воспроизводящего модуля и содержит топливные элементы запальной зоны, изготовленные из материала, способного к ядерному делению, содержащего U-235 и U-238 в отношении примерно 20% или менее
U-235 к 80% или более U-238, при этом первая группа из запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащие уран, обогащенный до первого уровня, а вторая группа из
запально-воспроизводящих модулей включает топливные элементы запальной зоны, содержащий уран, обогащенный до второго, более высокого уровня, причем топливные элементы запальной зоны в первой группе
запально-воспроизводящих модулей выполнены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение одного цикла топлива запальной зоны, а топливные элементы запальной зоны во второй группе
запально-воспроизводящих модулей выполнены таким образом, что они остаются в активной зоне в течение, по меньшей мере, двух циклов топлива запальной зоны;
b) круговую зону воспроизводства,
окружающую запальную зону и включающую топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие, преимущественно, торий и примерно 10% объем, или менее обогащенного урана;
с) легководный
замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов замедлителя к топливу в диапазоне примерно от 2,5 до 5,0; и
d) легководный замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение объемов
замедлителя к топливу в диапазоне примерно от 1,5 до 2,0.
