[go: up one dir, main page]

RU2468453C1 - Стержень управления и защиты ядерного реактора - Google Patents

Стержень управления и защиты ядерного реактора Download PDF

Info

Publication number
RU2468453C1
RU2468453C1 RU2011128165/07A RU2011128165A RU2468453C1 RU 2468453 C1 RU2468453 C1 RU 2468453C1 RU 2011128165/07 A RU2011128165/07 A RU 2011128165/07A RU 2011128165 A RU2011128165 A RU 2011128165A RU 2468453 C1 RU2468453 C1 RU 2468453C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blocks
control
absorbing
rod
permeable material
Prior art date
Application number
RU2011128165/07A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Дмитриевич Рисованый
Анатолий Васильевич Захаров
Андрей Иванович Плотников
Сергей Георгиевич Еремин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" filed Critical Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов"
Priority to RU2011128165/07A priority Critical patent/RU2468453C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2468453C1 publication Critical patent/RU2468453C1/ru

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в качестве стержней управления и защиты ядерных реакторов, преимущественно в реакторах на быстрых нейтронах с металлическим теплоносителем. Стержень управления и защиты ядерного реактора содержит корпус и закрепленные в нем поглощающие элементы, один из которых расположен соосно корпусу, две кольцевые заглушки, наружную и внутреннюю оболочки. Между оболочками размещены кольцевые блоки поглотителя нейтронов. Между оболочками и блоками поглотителя нейтронов дополнительно размещен упругий газопроницаемый материал. Изобретение позволяет повысить безопасность и технический ресурс стержня. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в качестве стержней управления и защиты ядерных реакторов, преимущественно в реакторах на быстрых нейтронах с металлическим теплоносителем, например натриевым, свинцовым, свинцово-висмутовым.
В технической литературе: Рисованный В.Д., Захаров А.В. и др. «Бор в ядерной технике». Димитровград: ФГУП "ГНЦ РФ НИИАР", 2003. - 345 с, учебное пособие «Органы регулирования ядерных реакторов», Ульяновск: УлГУ, 2005. - 125 с, «Материалы органов управления и защиты» - в кн. Машиностроение. Энциклопедия. Т.4-25 «Машиностроение ядерной техники»: В 2-х кн. Кн.1. Под общ. ред. Е.О.Адамова, 2005, с.427-500 описаны конструкции стержней управления и защиты, которые содержат как герметичные поглощающие элементы с полостью газосборника, так и негерметичные с возможностью выхода газа в теплоноситель. В этих конструкциях поглощающий элемент состоит из оболочки - гладкой тонкостенной трубы, в которой с зазором размещен поглощающий сердечник, в виде стержня, составленного из цилиндрических блоков поглотителя, и фиксатор, который препятствует смещению блоков поглотителя в осевом направлении. По торцам к оболочке приварены аргонодуговой сваркой заглушки, в негерметичном поглощающем элементе верхняя заглушка содержит отверстия для заполнения внутренней полости теплоносителем и выхода газообразных продуктов. В герметичном поглощающем элементе внутренняя полость заполнена гелием.
Между поглощающим сердечником и внутренней поверхностью оболочки в исходном состоянии имеется зазор, который определяется таким образом, чтобы обеспечивалось увеличение объема поглощающего сердечника от радиационного распухания при реакторном облучении и не произошла деформация и разрушение оболочки. Одним из основных критериев, ограничивающим время работы стержней управления и защиты, является сохранение ими целостности и формы для предотвращения вымывания поглощающего материала в теплоноситель и свободного перемещения в гильзах СУЗ (направляющих каналах).
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является конструкция стержня управления и защиты ядерного реактора, описанная в книге Рисованный В.Д., Захаров А.В. и др. «Бор в ядерной технике». Димитровград: ФГУП «ГНЦ РФ НИИАР», 2003. - 345 с. Эта конструкция содержит корпус и закрепленные в нем герметичные поглощающие элементы. Каждый поглощающий элемент представляет собой коаксиально расположенные оболочки диаметром 70 и 50 мм и толщиной 2 мм, между которыми размещены кольцевые блоки поглощающего стержня из B4C с естественным содержанием изотопов 10B и 11B с плотностью 1,7 г/см3, изготовленные методом холодного прессования. Внешний диаметр колец 65 мм, толщина стенки 7 мм.
Недостатками прототипа являются:
- неравномерность распределения температуры по периметру боковой поверхности блоков поглощающего стержня при энерговыделении в процессе эксплуатации, что способствует интенсивному растрескиванию поглощающего стержня и отделению фрагментов;
- высокие внутренние напряжения блоков поглощающего стержня от градиентов температур и радиационного формоизменения, воздействие которых приводит к их растрескиванию и возможной фрагментации;
- попадание фрагментов блоков поглощающего стержня в зазор между ними и оболочкой, которые в совокупности с радиационным формоизменением материала поглотителя оказывают механическое силовое воздействие на оболочку, что приводит к ее деформации и разрушению:
- не в полной мере в данном объеме поглощающего элемента реализована физическая эффективность из-за наличия зазоров между боковой поверхностью блоков поглощающего стержня и оболочкой;
- снижение безопасности конструкции в случае разгерметизации оболочки поглощающего элемента возможностью потери фрагментов блоков поглощающего стержня через образовавшееся отверстие, а следовательно, снижением физической эффективности;
- снижение технического ресурса из-за локального повышения температуры боковой поверхности блоков поглощающего стержня с увеличением газовыделения из них.
Указанные недостатки обусловлены:
- радиальным зазором между блоками поглощающего стержня и оболочкой, величина которого превышает размеры фрагментов поглотителя;
- торцевым зазором между поглощающим стержнем и верхней заглушкой;
- смещением блоков поглощающего стержня относительно оси оболочки в пределах имеющегося радиального зазора между ними;
- монолитной структурой блоков поглощающего стержня.
Заявляемое техническое решение устраняет вышеперечисленные недостатки и позволяет повысить безопасность и технический ресурс стержня.
Поставленная цель достигается тем, что стержень управления и защиты ядерного реактора, включающий корпус и закрепленные в нем поглощающие элементы, по меньшей мере один из которых расположен соосно корпусу и содержит две кольцевые заглушки, наружную и внутреннюю оболочки, между которыми размещены кольцевые блоки поглотителя нейтронов, причем между оболочками и блоками поглотителя нейтронов дополнительно размещен упругий газопроницаемый материал.
Верхняя кольцевая заглушка поглощающего элемента содержит сквозные отверстия в его внутреннюю полость.
Поглощающий элемент дополнительно снабжен блоком кольцевой формы, выполненным из упругого газопроницаемого материала, расположенного между поглощающим стержнем и верхней заглушкой.
Упругий газопроницаемый материал содержит проволоку из тугоплавких материалов с высокой способностью поглощать нейтроны.
Блоки поглощающего стержня кольцевой формы выполнены составными из сегментов.
Наличие упругого газопроницаемого материала, размещенного без зазоров между оболочками и кольцевыми блоками поглощающего стержня, позволяет обеспечить центрирование их относительно оси оболочки, а следовательно, повысить равномерность температуры на боковой поверхности блоков поглощающего стержня при увеличении исходного расстояния между ними и оболочкой для обеспечения увеличения радиальных размеров блоков кольцевого поглощающего стержня при радиационном формоизменении. А также позволяет предотвратить отделение от блоков поглощающего стержня фрагментов, образовавшихся в результате их растрескивания в процессе эксплуатации, и в то же время обеспечить свободный выход выделяемых газообразных продуктов. А при применении в этих слоях проволоки из тугоплавких материалов с высокой способностью поглощать нейтроны повышается физическая эффективность стержня управления и защиты.
Наличие кольцевых блоков поглотителя нейтронов, выполненных составными из сегментов, позволяет снизить внутренние напряжения в них от градиентов температур и радиационного формоизменения.
Предложенная конструкция позволяет повысить равномерность распределения температуры на боковой поверхности поглотителя нейтронов и предотвратить отделение от них фрагментов, повысить безопасность и технический ресурс, разместив между оболочками и кольцевыми блоками поглотителя нейтронов упругий, газопроницаемый материал, а между кольцевым блоком поглотителя нейтронов и верхней заглушкой блок кольцевой формы из упругого, газопроницаемого материала, увеличить физическую эффективность стержня управления и защиты, применив в этих слоях проволоку из тугоплавких материалов с высокой способностью поглощать нейтроны, снизить внутренние напряжения кольцевых блоков поглотителя нейтронов, выполнив их составными из сегментов.
Новыми существенными признаками являются форма исполнения узлов и деталей стержня управления и защиты ядерного реактора и их взаимное расположение:
- размещение между оболочками и блоками поглощающего стержня упругого, газопроницаемого материала;
- блок кольцевой формы из упругого, газопроницаемого материала, который расположен между кольцевым блоком поглотителя нейтронов и верхней заглушкой;
- кольцевые блоки поглотителя нейтронов, выполненные составными из сегментов.
Это позволяет сделать вывод, что заявляемое решение обладает критерием "новизна".
Предложенное решение не следует явным образом из уровня техники, опубликованной в научной и технической литературе, совокупность признаков обеспечивает новые свойства, что позволяет сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".
Перечень фигур графического изображения: на рис.1 изображен продольный разрез стержня управления и защиты ядерного реактора, на рис.2 - поперечное сечение.
Стержень управления и защиты ядерного реактора содержит корпус 1 и соосно закрепленные в нем поглощающие элементы 2. Каждый поглощающий элемент 2 содержит верхнюю кольцевую заглушку 3 со сквозными отверстиями в его внутреннюю полость для заполнения ее теплоносителем и выхода газообразных продуктов, нижнюю кольцевую заглушку 4, наружную оболочку 5 и внутреннюю оболочку 6. Между оболочками 5 и 6 размещены кольцевые блоки поглотителя нейтронов 7. При этом между оболочками 5 и 6 и кольцевыми блоками поглотителя нейтронов 7 без зазоров содержатся слои упругого газопроницаемого материала 8. Между кольцевыми блоками поглотителя нейтронов 7 и верхней заглушкой 3 без зазоров расположен блок 9 кольцевой формы из упругого газопроницаемого материала.
Стержень управления и защиты ядерного реактора работает следующим образом.
При эксплуатации поток жидкометаллического теплоносителя первого контура реактора контактирует с внешними поверхностями оболочек 5 и 6 поглощающих элементов 2 и через отверстия в верхней заглушке 3 заполняет полости упругого газопроницаемого материала 8 и блока кольцевой формы 9. Радиационное энерговыделение в кольцевых блоках поглотителя нейтронов 7 увеличивает их температуру.
Теплообмен между кольцевыми блоками поглотителя нейтронов 7 и внешним потоком теплоносителя осуществляется посредством упругого газопроницаемого материала 8, полости которого заполнены жидкометаллическим теплоносителем, и оболочек 5 и 6.
Газовыделение в процессе эксплуатации происходит через полости упругого газопроницаемого материала 8, блока кольцевой формы 9 и затем через отверстия в верхней заглушке 3. Упругий газопроницаемый материал 8 может быть изготовлен из спрессованной проволоки диаметром менее 0,1 мм с толщиной слоя более 2 мм. Такая величина исходной толщины слоя выбрана из условия технологичности сборки и обеспечения радиационного формоизменения материала поглотителя. При использовании проволоки с хорошими свойствами поглощать нейтроны, например, гафния, тантала, вольфрама повышается физическая эффективность стержня управления и защиты ядерного реактора. Такая конструкция способна уменьшаться в размере толщины слоя более чем в пять раз при радиационном формоизменении материала поглотителя. При этом постоянно сохраняется контакт упругого газопроницаемого материала 8 с оболочками 5, 6 и кольцевыми блоками поглотителя нейтронов 7, тем самым надежно центрируются кольцевые блоки поглотителя нейтронов 7 относительно оболочек 5, 6, а также фиксируются все фрагменты кольцевых блоков поглотителя нейтронов 7, когда в процессе эксплуатации могут возникнуть внутренние напряжения от градиентов температур и происходит их растрескивание. Таким образом достигается равномерность температуры на боковой поверхности кольцевых блоков поглотителя нейтронов 7 и их фрагменты не имеют возможности отделиться, а следовательно, не оказывают механического силового воздействия на оболочку.
В случае разгерметизации оболочки, фрагменты кольцевых блоков поглотителя нейтронов 7 не вымываются в теплоноситель, и стержень управления и защиты ядерного реактора сохраняет физическую эффективность, что способствует повышению безопасности и технического ресурса. Кольцевые блоки поглотителя нейтронов 7 могут быть выполнены составными из сегментов. В зависимости от диаметра колец, условий эксплуатации, определяющих напряжения от возникающих градиентов температур, количество сегментов может быть от двух до шести.
Стержень управления и защиты ядерного реактора позволяет повысить равномерность температуры на боковой поверхности кольцевых блоков поглотителя нейтронов и предотвратить отделение от них фрагментов, разместив упругий газопроницаемый материал между оболочками и кольцевыми блоками поглотителя нейтронов. При этом позволяет повысить его безопасность и технический ресурс. А также позволяет увеличить физическую эффективность стержня управления и защиты, применив в упругом газопроницаемом материале проволоку из тугоплавких материалов с высокой способностью поглощать нейтроны.

Claims (5)

1. Стержень управления и защиты ядерного реактора, включающий корпус и закрепленные в нем поглощающие элементы, по меньшей мере один из которых расположен соосно корпусу и содержит две кольцевые заглушки, наружную и внутреннюю оболочки, между которыми размещены кольцевые блоки поглотителя нейтронов, причем между оболочками и блоками поглотителя нейтронов дополнительно размещен упругий газопроницаемый материал.
2. Стержень управления и защиты по п.1, характеризующийся тем, что верхняя кольцевая заглушка поглощающего элемента содержит сквозные отверстия в его внутреннюю полость.
3. Стержень управления и защиты по п.1, характеризующийся тем, что поглощающий элемент дополнительно снабжен блоком кольцевой формы, выполненным из упругого газопроницаемого материала, расположенного между поглощающим стержнем и верхней заглушкой.
4. Стержень управления и защиты по п.1, характеризующийся тем, что упругий газопроницаемый материал содержит проволоку из тугоплавких материалов с высокой способностью поглощать нейтроны.
5. Стержень управления и защиты по п.1, характеризующийся тем, что блоки поглощающего стержня кольцевой формы выполнены составными из сегментов.
RU2011128165/07A 2011-07-07 2011-07-07 Стержень управления и защиты ядерного реактора RU2468453C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128165/07A RU2468453C1 (ru) 2011-07-07 2011-07-07 Стержень управления и защиты ядерного реактора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128165/07A RU2468453C1 (ru) 2011-07-07 2011-07-07 Стержень управления и защиты ядерного реактора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2468453C1 true RU2468453C1 (ru) 2012-11-27

Family

ID=49255003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011128165/07A RU2468453C1 (ru) 2011-07-07 2011-07-07 Стержень управления и защиты ядерного реактора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2468453C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529495C1 (ru) * 2013-07-10 2014-09-27 Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Стержень управления и защиты ядерного реактора
RU2801739C1 (ru) * 2022-12-27 2023-08-15 Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Кольцевой поглощающий элемент
WO2024144419A1 (ru) * 2022-12-27 2024-07-04 Акционерное Общество "Акмэ - Инжиниринг" Кольцевой поглощающий элемент

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU321144A1 (ru) * Регулирующий стержень для быстрых энергетических реакторов
JPH09166682A (ja) * 1995-11-15 1997-06-24 Commiss Energ Atom 高速中性子原子炉の制御棒のための吸収ニードル
RU2166214C1 (ru) * 2000-02-21 2001-04-27 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Составная кассета системы управления мощностью активной зоны ядерного реактора
RU2231143C2 (ru) * 2002-09-04 2004-06-20 Владимир Федотович Русинов Исполнительный орган системы управления и защиты ядерного реактора

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU321144A1 (ru) * Регулирующий стержень для быстрых энергетических реакторов
JPH09166682A (ja) * 1995-11-15 1997-06-24 Commiss Energ Atom 高速中性子原子炉の制御棒のための吸収ニードル
RU2166214C1 (ru) * 2000-02-21 2001-04-27 Государственный научный центр Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Составная кассета системы управления мощностью активной зоны ядерного реактора
RU2231143C2 (ru) * 2002-09-04 2004-06-20 Владимир Федотович Русинов Исполнительный орган системы управления и защиты ядерного реактора

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529495C1 (ru) * 2013-07-10 2014-09-27 Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Стержень управления и защиты ядерного реактора
RU2801739C1 (ru) * 2022-12-27 2023-08-15 Акционерное Общество "Акмэ-Инжиниринг" Кольцевой поглощающий элемент
WO2024144419A1 (ru) * 2022-12-27 2024-07-04 Акционерное Общество "Акмэ - Инжиниринг" Кольцевой поглощающий элемент

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2496160C2 (ru) Тепловыделяющая сборка ядерного реактора, выполненная с обеспечением возможности расширения содержащегося в ней ядерного топлива
RU2723561C2 (ru) Способ производства полностью керамического микроинкапсулированного ядерного топлива
US20130010915A1 (en) Reactor fuel elements and related methods
RU2567874C2 (ru) Твердая промежуточная прокладка с открытой пористостью для ядерного управляющего стержня
RU2170956C1 (ru) Твэл ядерного реактора
JPH1123765A (ja) 原子炉の炉心
WO2019126790A1 (en) Annular metal nuclear fuel and methods of manufacturing the same
RU2468453C1 (ru) Стержень управления и защиты ядерного реактора
CN107230503B (zh) 一种具有屏蔽性能的屏蔽组件结构
KR101846515B1 (ko) 중심부에 밀폐된 빈공간을 포함하는 핵연료 소결체 및 이를 포함하는 핵연료봉
WO2015195115A1 (en) Triso-isotropic (triso) based light water reactor fuel
RU2759217C1 (ru) Ядерный реактор с водой под давлением
RU2524681C2 (ru) Твэл ядерного реактора
RU2529495C1 (ru) Стержень управления и защиты ядерного реактора
RU2126181C1 (ru) Поглощающий элемент органа регулирования атомного реактора
CA2937670C (en) Active zone of a lead-cooled fast reactor
KR101350822B1 (ko) 고속로용 핵연료봉
RU2549371C1 (ru) Активная зона, твэл и тепловыделяющая сборка реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем
RU182708U1 (ru) Шаровой поглощающий элемент
RU144391U1 (ru) Рабочий орган системы управления и защиты реактора на быстрых нейтронах
RU2178595C2 (ru) Топливная сборка ядерного реактора
JP2002006074A (ja) ナトリウム冷却高速炉
RU2119199C1 (ru) Поглощающий сердечник органа регулирования атомного реактора
US20050135547A1 (en) Control element for a nuclear reactor
KR101524798B1 (ko) 고정형 핵연료 통과 이동형 핵연료 통을 구비한 가압 경수형 원전의 핵연료 집합체