Способ управления ядерным реактором и активная зона ядерного реактора

Способ управления ядерным реактором и активная зона ядерного реактора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на связанные заявки

Датой приоритета для данной заявки является 13.05.2011 (дата подачи предварительной патентной заявки США №61/485,656, содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки).

Область техники

Изобретение относится к способу и агрегату для управления ядерным реактором и, более конкретно, к способу и агрегату для управления ядерным реактором с жидким замедлителем.

Уровень техники

Ядерные реакторы, использующие обычные системы управления, обладают несколькими недостатками. Такие реакторы используют постоянные настройки в отношении количества материала, поглощающего нейтроны (поглотителя нейтронов) в активной зоне реактора, и имеют пониженный коэффициент преобразования топлива в связи с поглощением избыточного количества нейтронов. Кроме того, реакторы, применяющие известные системы управления, не обеспечивают относительно широкий диапазон управления реактивностью и поэтому используют топливо с относительно узким диапазоном содержания делящегося материала. Далее, реакторы, применяющие известные системы управления, требуют частых перезагрузок топлива, не используют значительную долю энергетического потенциала топлива и производят относительно большие количества радиоактивных отходов в расчете на 1 кВт выработанной энергии.

Попытка решить некоторые из названных проблем была сделана при разработке способа управления канадскими ядерными реакторами CANDU (Canada Deuterium Uranium). Однако реактор CANDU использовал регулирующие стержни, которые поглощали чрезмерное количество нейтронов, что не позволило создать систему управления, обеспечивающую адекватное преодоление недостатков известной технологии.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на преодоление одного или более из отмеченных и/или других недостатков, свойственных уровню техники.

В соответствии с одним своим аспектом изобретение направлено на создание способа управления ядерным реактором. Способ по изобретению включает формирование в активной зоне ядерного реактора зоны замедлителя, помещение в зону замедлителя топлива и обеспечение наличия одного или более корпусов, примыкающих к топливу, причем в каждом корпусе имеется полость. Способ включает также обеспечение возможности движения замедлителя между зоной замедлителя и полостью одного или более корпусов в нижней части одного или более корпусов и помещение замедлителя в полости одного или более корпусов в верхней части одного или более корпусов.

Согласно другому своему аспекту изобретение направлено на создание активной зоны ядерного реактора. Активная зона ядерного реактора содержит зону замедлителя, топливо, находящееся в зоне замедлителя, и один или более корпусов, смежных с топливом. В каждом корпусе имеется полость. Нижняя часть каждого корпуса открыта для движения замедлителя между зоной замедлителя и полостью, а верхняя часть каждого корпуса закрыта для предотвращения движения замедлителя между зоной замедлителя и полостью.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема примера предлагаемой системы ядерного реактора.

На фиг.2 представлен, на виде в плане, первый вариант реактора системы по фиг.1.

На фиг.2А представлена, на виде в плане, модификация реактора по фиг.1.

На фиг.3 реактор по фиг.2 показан в сечении плоскостью А-А (см. фиг.2).

На фиг.3А показан, в сечении плоскостью А-А, модифицированный вариант реактора по фиг.2.

На фиг.4 схематично иллюстрируется пример расположения топливных трубок в реакторе.

На фиг.5 топливные трубки, представленные на фиг.4, показаны на виде сбоку.

На фиг.6 схематично иллюстрируется другой пример расположения топливных трубок в реакторе.

На фиг.7 реактор по фиг.3 показан в сечении плоскостью В-В (см. фиг.3).

На фиг.8 в увеличенном масштабе представлен вариант сборки контролирующих полостей реактора.

На фиг.8А в увеличенном масштабе представлен второй вариант сборки контролирующих полостей реактора.

На фиг.8В второй вариант сборки контролирующих полостей реактора представлен в еще более увеличенном масштабе.

На фиг.8С схематично, в перспективном изображении представлен пример сборки контролирующих полостей реактора.

На фиг.8D схематично, в перспективном изображении представлен другой пример сборки контролирующих полостей реактора.

На фиг.9 представлен, в сечении, второй вариант реактора.

На фиг.10 реактор по фиг.9 представлен на виде сбоку.

На фиг.11 подробно проиллюстрирован вариант сборки контролирующих полостей реактора по фиг.9.

На фиг.12А представлен, на виде в плане, третий вариант реактора.

На фиг.12В третий вариант реактора показан на виде сбоку.

На фиг.12С часть третьего варианта реактора показана в перспективном изображении.

На фиг.12D схематично показана часть третьего варианта реактора.

На фиг.12Е приведена другая схематичная иллюстрация части третьего варианта реактора.

На фиг.12F приведена еще одна схематичная иллюстрация части третьего варианта реактора.

На фиг.12G приведено другое перспективное изображение части третьего варианта реактора.

На фиг.12Н представлен, на виде в плане, четвертый вариант реактора.

На фиг.12I четвертый вариант реактора схематично представлен в сечении.

На фиг.12J часть четвертого варианта реактора схематично представлена на видах в плане и в сечении.

На фиг.12K представлен схематичный вид, в сечении, части четвертого варианта реактора.

На фиг.12L представлены схематичные виды, в плане и в сечении, части четвертого варианта реактора.

На фиг.12М также представлены схематичные виды, в плане и в сечении, части четвертого варианта реактора.

На фиг.12N представлен еще один схематичный вид, в сечении, четвертого варианта реактора.

На фиг.13 приведена схематичная иллюстрация примера подсистемы охлаждения реактора.

На фиг.14 представлен, в сечении, канал подсистемы хладагента реактора.

На фиг.15 показан, в сечении плоскостью С-С (см. фиг.20), фрагмент подсистемы управления реактором.

На фиг.16 схематично проиллюстрирован первый вариант вспомогательной подсистемы охлаждения.

На фиг.17 схематично проиллюстрирован второй вариант вспомогательной подсистемы охлаждения.

На фиг.18 второй вариант вспомогательной подсистемы охлаждения по фиг.17 показан на виде в плане.

На фиг.19 схематично проиллюстрирован третий вариант вспомогательной подсистемы охлаждения.

На фиг.20 приведена схематичная иллюстрация примера подсистемы управления реактором.

Осуществление изобретения

Фиг.1 иллюстрирует, в качестве примера, систему 5 ядерного реактора для генерирования энергии посредством ядерной реакции. Система 5 ядерного реактора может содержать подсистему 10 генерации энергии и реактор 15. Реактор 15 может снабжать энергией, выделяющейся при ядерной реакции, подсистему 10 генерации энергии. Система 5 ядерного реактора может также содержать теплообменник 20, подсистему 25 охлаждения реактора и насосную подсистему 30. Подсистема 25 охлаждения реактора может облегчать теплообмен между реактором 15 и теплообменником 20, а насосная подсистема 30 может повышать давление в подсистеме 25 охлаждения реактора. Система 5 ядерного реактора может также содержать вспомогательную подсистему 35 охлаждения и подсистему 40 управления реактором. Вспомогательная подсистема 35 охлаждения может обеспечивать дополнительный теплоперенос от реактора 15, а подсистема 40 управления реактором может управлять его функционированием.

Подсистема 10 генерации энергии может содержать одну или более турбин 45, один или более приводных блоков 50, один или более генераторов 55, подсистему 60 охлаждения турбины и паровую подсистему 65 турбины. Турбина 45 может приводить в действие генератор 55 через приводной блок 50. Паровая подсистема 65 турбины может переносить воду (H₂O) и водяной пар между турбиной 45 и подсистемой 60 охлаждения турбины.

Турбиной 45 может быть турбина любого типа, пригодная для использования с ядерным реактором, например паровая турбина. Турбина 45 может преобразовывать водяной пар высокого давления, который подается паровой подсистемой 65 турбины, в механическую энергию. Например, турбина 45 может содержать множество элементов, установленных на валу, имеющем возможность вращения. Пар высокого давления может входить в турбину 45 и проходить между установленными на валу элементами. В результате кинетическая энергия пара заставляет указанные элементы вращать вал. Турбина 45 может содержать один или более последовательно установленных цилиндров высокого давления, за которыми следуют один или более цилиндров низкого давления. Водяной пар может входить в каждый цилиндр у его центральной части и расширяться, последовательно проходя через серию этих цилиндров, тем самым приводя во вращение элементы, установленные на валу турбины 45. Турбина 45 может содержать стационарные (статорные) элементы, которые направляют поток водяного пара в турбине 45. Турбина 45 может содержать также дополнительные системы, например систему гидравлических управляющих клапанов (использующую работающие на масле клапаны, чтобы регулировать поток водяного пара); смазочную систему для смазки подшипников, в которых установлены цилиндры, и сепаратор влаги для удаления влаги из водяного пара, вышедшего из цилиндров высокого давления, до его подачи в цилиндры низкого давления.

Приводной блок 50 может иметь любую конструкцию, подходящую для переноса механической энергии от турбины 45 к генератору 55, например представлять собой узел приводного вала. Приводной блок 50 может функционально связывать вращающийся вал турбины 45 с генератором 55, чтобы кинетическая энергия водяного пара, падающего на установленные на валу турбины 45 элементы, могла быть передана, в форме механической энергии, через приводной блок 50 генератору 55.

Генератором 55 может быть генератор любого типа, пригодный для применения с ядерным реактором, например электрический генератор. Генератор 55 может, в частности, содержать магнит и проволочные обмотки для получения электричества из механической энергии, подводимой приводным блоком 50. Так, чтобы генерировать электроэнергию, приводной блок 50 может вращать магнитный компонент генератора 55. Генератор 55 может генерировать переменный ток с любой подходящей частотой, составляющей, например, 50 или 60 Гц. Подсистема 10 генерации энергии может функционировать таким образом, чтобы обеспечить работу одного или более генераторов 55, по существу, на постоянной частоте, равной, например, 50 или 60 Гц.

Подсистемой 60 охлаждения турбины может быть охлаждающая система любого типа, пригодная для применения с ядерным реактором, например система охлаждения, использующая для осуществления теплообмена конденсаторы, градирни и/или принудительную циркуляцию воздуха. Подсистема 60 охлаждения турбины может отводить избыточный водяной пар от турбины 45 и конденсировать его в воду. В дополнение к применению конденсаторов, градирен и/или принудительной циркуляции воздуха с целью конденсации водяного пара в воду, подсистема 60 охлаждения турбины может использовать также доступные объемы воды, пригодные, например, для охлаждения при однократном проходе воды.

Паровая подсистема 65 может иметь любую конструкцию, пригодную для переноса воды и водяного пара между теплообменником 20, турбиной 45 и подсистемой 60 охлаждения турбины. Паровая подсистема может содержать канал 70 (по которому горячий водяной пар переносится от теплообменника 20 к турбине 45); канал 75 (по которому избыточный или отработанный водяной пар переносится от турбины 45 к подсистеме 60 охлаждения турбины) и канал 80 (по которому относительно холодная вода переносится от подсистемы 60 охлаждения турбины к теплообменнику 20). Каналами 70, 75 и 80 могут быть любые каналы, пригодные для переноса водяного пара и воды, например стальные трубы.

В дополнение к производству водяного пара, подаваемого к турбинам для генерирования энергии, система 5 ядерного реактора может также вырабатывать водяной пар для любой другой цели, для которой может быть полезен водяной пар. В частности, система 5 ядерного реактора может использовать конфигурации, в которых водяной пар после его использования не возвращается в систему и/или в которых вода поступает в систему от источника, который отличается от паровой подсистемы 65 турбины. Например, система 5 ядерного реактора может вырабатывать водяной пар для использования в гибридном процессе добычи нефти и производства геотермальной энергии.

Теплообменником 20 может быть теплообменник любого типа, пригодный для переноса тепловой энергии между подсистемой 10 генерации энергии и реактором 15. Например, теплообменник 20 может содержать один или более парогенераторов, использующих множество труб, по которым течет горячий хладагент реактора (именуемый также, для краткости, хладагентом) подсистемы 25 охлаждения реактора. Каждый парогенератор может содержать, например, тысячи труб для приема горячего хладагента. В частности, каждый парогенератор может содержать от 3000 до 16000 таких труб. Горячий хладагент, текущий по трубам парогенератора, может нагревать воду, подаваемую в теплообменник 20 паровой подсистемой 65 турбины, до кипения. Водяной пар, сгенерированный парогенераторами теплообменника 20, может затем подаваться к турбине 45 через ее паровую подсистему 65. При прохождении через теплообменник 20 хладагент реактора может быть охлажден, а затем возвращен в реактор 15 через подсистему 25 охлаждения реактора.

Вода, подводимая к теплообменнику 20 паровой подсистемой 65 турбины, может поступать в его верхнюю часть. Относительно холодная вода может инжектироваться во внутренний объем теплообменника 20 через множество сопел 83 (см. фиг.20), которые могут быть установлены в центральной и/или верхней части теплообменника 20, на его внутренних стенках. Сопла 83 могут быть ориентированы книзу, причем они могут инжектировать холодную воду в кипящую воду, находящуюся в теплообменнике 20. В результате относительно холодная вода может быть смешана с кипящей водой, уже находившейся в теплообменнике 20. Это будет способствовать уменьшению температурного градиента Н₂О, содержащейся внутри теплообменника. В свою очередь, уменьшение температурного градиента позволит теплообменнику 20 производить водяной пар с более высокими температурами. Предусматривается возможность дальнейшего снижения температурного градиента использованием рециркуляционного насоса или комбинации конвекционных течений с вовлечением кипящей воды в направленные вниз потоки относительно холодной воды из сопел 83.

Реактор 15 может быть ядерным реактором любого типа, пригодным для генерирования энергии за счет ядерной реакции, например любым ядерным реактором, использующим жидкий замедлитель. Так, реактор 15 может быть реактором, использующим в качестве теплоносителя и/или замедлителя тяжелую воду, например реактором CANDU. Как показано на фиг.2, реактор 15 может содержать удерживающую конструкцию (защитную оболочку) 85, корпус 90 давления, зону 95 отражателя и активную зону 100 реактора. Защитная оболочка 85 и корпус 90 давления могут охватывать зону 95 отражателя, а активная зона 100 может находиться внутри зоны 95 отражателя.

Защитной оболочкой 85 может быть конструкция любого типа, пригодная для размещения в ней зоны 95 отражателя и активной зоны 100 реактора и для защиты среды, окружающей реактор 15, от радиации и нейтронов, испускаемых реактором 15. Такая защитная оболочка 85 может иметь стенки из усиленного или напряженного бетона, окружающие зону 95 отражателя и активную зону 100 реактора. Стенки защитной оболочки 85 могут иметь любую приемлемую толщину для размещения внутри них зоны 95 отражателя и активной зоны 100 реактора, например составляющую от 1,2 м до 3 м. В защитной оболочке 85 могут иметься отверстия для приема различных элементов подсистемы 25 охлаждения реактора, вспомогательной подсистемы 35 охлаждения или других компонентов системы 5 ядерного реактора. Защитная оболочка 85 может служить опорой, теплоизолятором и барьером для радиации из зоны отражателя и активной зоны. Объем замедлителя в зоне отражателя может, например, просто заполнять нижнюю часть корпуса 90 давления или находиться в отдельных контейнерах, как это будет описано далее.

Корпус 90 давления может иметь любую конструкцию, пригодную для обеспечения повышенного давления в зоне 95 отражателя и активной зоне 100 реактора. Например, корпус 90 давления может быть стальной емкостью, герметизирующей под повышенным давлением указанные зоны. Корпус 90 давления может состоять из одного или более стальных элементов, сконфигурированных и/или соединенных с образованием герметичной емкости. Корпус 90 давления может содержать любой иной подходящий материал, обладающий свойствами, требуемыми для использования в корпусе давления, например стойкостью к возникновению или повышению ломкости и хрупкости. Корпус 90 давления может использоваться, когда зона 95 отражателя и активная зона 100 реактора содержат "горячий замедлитель", который поддерживается при относительно высокой температуре. В корпусе 90 давления могут иметься отверстия для приема различных элементов подсистемы 25 охлаждения реактора, вспомогательной подсистемы 35 охлаждения или других элементов системы 5 ядерного реактора. Отверстия корпуса 90 давления могут быть герметизированы, чтобы обеспечить поддержание давления в зоне 95 отражателя и в активной зоне 100 реактора внутри корпуса 90 давления.

Зона 95 отражателя может содержать объем 105 жидкого замедлителя и зону 110 пара (см. фиг.3). Объем 105 жидкого замедлителя и зону 110 пара может разделять граница 115.

Объем 105 жидкого замедлителя может содержать жидкий замедлитель в жидком состоянии, например D₂O ("тяжелую воду") в жидком состоянии. Объем 105 может содержать D₂O, который обладает любыми свойствами, необходимыми для замедлителя ядерной реакции. Так, D₂O в объеме 105 жидкого замедлителя может являться тяжелой водой ядерной чистоты (99,75%). Объем 105 может также содержать в качестве замедлителя H₂O ("легкую воду") в жидком состоянии. Объем 105 жидкого замедлителя может содержать "горячий замедлитель" (см., например, фиг.2) или "холодный замедлитель" (см., например, фиг.11).

Зона 110 пара может содержать замедлитель из того же материала, что и объем 105, но находящийся в газообразном состоянии. Тепло из активной зоны 100 реактора может нагревать замедлитель в зоне 95 отражателя, так что часть замедлителя будет поддерживаться в газообразном состоянии в зоне 110 пара. Температура газообразного замедлителя в зоне 110 пара может быть примерно такой же, что и температура жидкого замедлителя в объеме 105. Зона 110 пара может заполнять, по существу, всю зону 95 отражателя, если, по существу, весь замедлитель будет нагрет до газообразного состояния. Альтернативно, по существу, всю зону 95 отражателя может занимать объем 105 жидкого замедлителя, если, по существу, весь жидкий замедлитель будет охлажден до жидкого состояния. Объем 105 жидкого замедлителя и зона 110 пара могут разделяться границей 115.

Далее, в качестве примеров будут рассмотрены четыре варианта активной зоны реактора: активная зона 100, активная зона 100′, активная зона 100а и активная зона 100b. Когда это целесообразно, различные детали каждого варианта (например,, детали активной зоны 100a, обозначенные с добавлением модификатора "а"), могут комбинироваться с деталями других вариантов. Как будет показано далее, рассматриваемые варианты иллюстрируют широкий диапазон возможных вариантов предложенной системы ядерного реактора. Так, активные зоны 100, 100′, 100a и 100b демонстрируют, что предложенная система ядерного реактора может содержать: как вертикально, так и горизонтально расположенные топливные трубки, как горячий, так и холодный замедлитель в активной зоне реактора; различные ядерные топлива, например уран, плутоний и торий в различных формах, таких как металл, оксид или соли; различные конфигурации массива топливных трубок, включая шестигранные и квадратные; различные типы замедлителя (например, D₂O и H₂O); различные основные хладагенты (например, жидкости, такие как D₂O, H₂O и жидкие органические вещества; расплавы металлов, таких как натрий и свинец; солевые расплавы и газы, например гелий. Возможны также различные технологии охлаждения замедлителя (например, теплообмен и прямая замена текучей среды). При рассмотрении приводимых далее вариантов специалисту будет понятно, что различные признаки каждого рассматриваемого варианта можно комбинировать, когда это возможно и целесообразно, с признаками любого другого рассматриваемого варианта.

В первом варианте активная зона 100 реактора может содержать тепловыделяющую сборку 125 и массив 130 контролирующих полостей. Массив 130 контролирующих полостей может содержать один или более "карманов" с жидким замедлителем и/или с парами замедлителя, примыкающих к тепловыделяющей сборке 125. Топливные трубки 135 могут быть сформированы (как это проиллюстрировано на фиг.4) в виде квадратного в сечении вертикального массива со срезанными углами, а замедлитель и хладагент для топлива может быть тяжелой водой (D₂O). Замедлитель может охлаждаться за счет теплопроводности частью потока основного хладагента (хладагента для топлива).

Тепловыделяющая сборка 125 может использовать ядерное топливо любого типа, пригодное для использования в ядерной реакции. Так, она может содержать пучки топливных стержней (тепловыделяющих элементов, ТВЭЛов), находящиеся в множестве топливных трубок 135. В частности, тепловыделяющая сборка 125 может содержать сотни топливных трубок 135, например от 100 до примерно 500 таких трубок, которые могут иметь диаметр около 10 см. Каждая топливная трубка может содержать любое подходящее количество, например 12, топливных пучков. Каждый топливный пучок может содержать любое подходящее количество, например 37, топливных стержней. Тепловыделяющая сборка 125 может содержать любое топливо, пригодное для ядерной реакции, например природный уран, обогащенный уран, смешанное оксидное топливо, плутоний, торий и/или различные смеси этих и других материалов. В частности, тепловыделяющая сборка 125 может содержать смешанное топливо уран/плутоний или уран/торий. Тепловыделяющая сборка 125 может содержать топливные трубки 135, расположенные вертикально (например, как это проиллюстрировано на фиг.2). Тепловыделяющая сборка 125 может содержать топливные трубки 135, образующие любую подходящую конфигурацию, например прямоугольную конфигурацию, проиллюстрированную на фиг.4 и 5.

Как показано на фиг.2, массив 130 контролирующих полостей может содержать трехмерную сборку контролирующих полостей 140. Эта сборка может, например, служить корпусом, в котором заключен замедлитель, примыкающий к топливным трубкам 135 тепловыделяющей сборки 125. Как показано на фиг.2, 3 и 7, контролирующие полости 140 могут быть расположены горизонтально по отношению одна к другой, а также образовывать стопы в вертикальном направлении. При этом контролирующие полости 140 могут быть взаимно сдвинуты в массиве 130 контролирующих полостей по вертикали и/или горизонтали. Пример взаимного смещения контролирующих полостей 140 по вертикали представлен на фиг.3. Для удерживания замедлителя у топливных трубок 135 контролирующие полости 140 могут быть расположены в любой подходящей для этого конфигурации.

На фиг.2А и 3А иллюстрируются различные виды реактора 15.

Как показано на фиг.2 и 8, каждая контролирующая полость 140 может содержать конструктивный блок 145 и конический блок 150. Конический блок 150 может удерживать замедлитель в конструктивном блоке 145, который может служить в качестве корпуса, внутри которого находится замедлитель.

Как показано на фиг.2, 3 и 7, конструктивный блок 145 может содержать один или более верхних компонентов 155, один или более боковых компонентов 160, один или более концевых компонентов 165 и один или более промежуточных компонентов 170. Верхний компонент 155, боковые компоненты 160, концевой компонент 165 и промежуточный компонент 170 могут быть выполнены из любых конструкционных материалов, пригодных для создания оболочки для замедлителя, например из циркониевого сплава. Верхний компонент 155, боковые компоненты 160, концевой компонент 165 и промежуточный компонент 170 могут быть прикреплены друг к другу любым приемлемым методом, например сваркой. Альтернативно, перечисленные компоненты могут быть выполнены как части единой конструкции. Верхний компонент 155, боковые компоненты 160, концевой компонент 165 и промежуточный компонент 170 могут иметь любую конструкцию, пригодную для заключения в нее замедлителя, например они могут иметь форму плоских деталей, т.е. плит. Верхний компонент 155 может, например, представлять собой плоский компонент, установленный, по существу, горизонтально над верхней частью контролирующей полости 140 и прикрепленный к, по существу, плоским боковым компонентам 160. Концевые компоненты 165 могут быть прикреплены к концевой части верхнего компонента 155 и к боковым компонентам 160. Верхний компонент 155, боковые компоненты 160 и концевые компоненты 165 могут быть соединены, например, так, чтобы сформировать полость, имеющую перекрытую верхнюю часть и открытую нижнюю часть. Таким образом, верхний компонент 155, боковые компоненты 160 и концевые компоненты 165 способны, по существу, предотвращать вход замедлителя в верхнюю часть контролирующей полости 140 и его выход из этой части, в то же время предоставляя замедлителю возможность входить и выходить из нижней части полости 140. Верхняя часть контролирующей полости 140 может быть образована верхним компонентом 155, верхними частями боковых компонентов 160 и верхними частями концевых компонентов 165. Нижняя часть этой полости может быть образована нижними частями боковых компонентов 160 и концевых компонентов 165.

Один или более промежуточных компонентов 170 могут быть расположены между боковыми компонентами 160 и верхним компонентом 155 и прикреплены к ним. Эти компоненты могут быть расположены по высоте на любом отрезке контролирующей полости 140. Промежуточные компоненты 170 способны, по существу, предотвращать движение замедлителя через контролирующую полость 140 в верхней ее части. Высота концевых компонентов 165 и промежуточных компонентов 170 может быть сделана меньшей, чем высота боковых компонентов 160. Боковые компоненты 160 одной контролирующей полости 140 могут быть прикреплены к верхнему компоненту 155 другой контролирующей полости 140, расположенной ниже, например, если контролирующие полости 140 расположены одна над другой. Поскольку высота концевых и промежуточных компонентов 165, 170 может быть меньше высоты боковых компонентов 160, замедлитель может свободно двигаться под концевыми и промежуточными компонентами 165, 170, проходя через зазоры 175 и 180 соответственно, как это показано на фиг.7. Таким образом, концевые и промежуточные компоненты 165, 170 могут служить в качестве заслонок, блокирующих движение замедлителя в верхней части контролирующей полости 140 и допускающих его движение в нижней части этой полости. Зазоры 180 могут допускать движение жидкого замедлителя через нижнюю часть контролирующей полости 140, а зазоры 175 - между зоной 95 отражателя и контролирующей полостью 140. Замедлитель не может двигаться под боковыми компонентами 160, которые могут быть прикреплены к верхнему компоненту 155 расположенной ниже контролирующей полости 140. Однако предусматривается также возможность наличия зазоров между боковыми компонентами 160 и верхним компонентом 155 расположенной ниже контролирующей полости 140, чтобы сделать возможным также и движение жидкого замедлителя под некоторыми или всеми боковыми компонентами 160. Другими словами, предусматривается, что замедлитель может свободно двигаться под боковыми компонентами 160 между зоной 95 отражателя и контролирующими полостями 140.

Как видно из фиг.3 и 7, контролирующие полости 140 могут содержать тот же замедлитель, что и зона 95 отражателя, т.к. замедлитель может свободно двигаться между зоной 95 отражателя и контролирующими полостями 140, проходя через зазоры 175 и 180. Поскольку замедлитель, заключенный в контролирующей полости 140, нагревается от топливных трубок 135′ посредством нейтронов, гамма-излучения и/или теплопроводности, замедлитель, находящийся в контролирующей полости 140, может быть нагрет, полностью или частично, до перехода в газообразное состояние и находиться в зоне 185 газа. С другой стороны, весь замедлитель или его часть может находиться в контролирующей полости 140 в жидком состоянии, т.е. в зоне 190 жидкости. Зона 185 газа и зона 190 жидкости могут быть разделены границей 195. Размеры зон 185, 190 газа и жидкости могут варьировать в различных контролирующих полостях 140 и в различных интервалах между промежуточными компонентами 170 в одной и той же полости 140. Соответственно, для различных контролирующих полостей 140 и для различных промежуточных компонентов 170 в одной и той же полости 140 может варьировать и локализация границы 195. Так, любая контролирующая полость 140 может иметь и зону 185 газа, и зону 190 жидкости, по существу, только зону 185 газа или, по существу, только зону 190 жидкости.

Тепло, поступающее от нейтронов, гамма-излучения и/или топливных трубок 135 (за счет теплопроводности), может привести к тому, что жидкий замедлитель в зоне 190 жидкости будет поддерживаться при температуре, равной или очень близкой к температуре кипения жидкого замедлителя (но меньшей ее). Например, замедлитель в зоне 190 жидкости может поддерживаться в состоянии медленного кипения. При этом часть медленно кипящего замедлителя в этой зоне может испаряться и подниматься в зону 185 газа. Кроме того, замедлитель, находящийся в зоне 185 газа вблизи компонентов подсистемы 25 охлаждения реактора (например, как это будет описано далее), может конденсироваться и стекать, в виде капель, в зону 190 жидкости по внутренним поверхностям контролирующей полости 140. Как следствие, если количество тепла, поступающего от топливных трубок 135, и количество тепла, отводимого подсистемой 25 охлаждения реактора, по существу, равны, размеры зоны 185 газа могут оставаться, по существу, постоянными, т.е. граница 195 может оставаться относительно стационарной. Как это будет описано далее, размеры зоны 185 газа и положение ее границы 195 могут слегка варьировать в течение коротких периодов времени (например, составляющих несколько дней) в зависимости от поглощения нейтронов ксеноном и самарием и может сильно варьировать в течение длительных периодов времени (например, составляющих годы) в зависимости, например, от возраста (т.е. от степени выгорания) топлива. Размеры зоны 185 газа и положение границы 195 могут также слегка варьировать в периоды изменения скорости (производительности) охлаждения подсистемой 25 охлаждения реактора и в течение короткого времени после окончания этих периодов.

Как более подробно проиллюстрировано на фиг.8, конический блок 150 может содержать внутренний конический блок 200, наружный конический блок 205 и канал 210. Конические блоки 150 могут создавать конструктивный интерфейс между топливными трубками 135, который может проходить через контролирующие полости 140 и способствовать более равномерному распределению тепла, выделяемого топливными трубками 135, в контролирующих полостях 140. Внутренний конический блок 200 может окружать часть топливной трубки 135, наружный конический блок 205 может окружать внутренний конический блок 200, а канал 210 может быть расположен между внутренним и наружным коническими блоками 200, 205.

Внутренний конический блок 200 может содержать конус 215, который может окружать часть топливной трубки 135. Конус 215 может быть сформирован из любого материала, пригодного для заключения в нем жидкого или парообразного замедлителя внутри контролирующей полости 140, например из циркониевого сплава. Конус 215 может состоять из отдельных элементов или представлять собой цельный элемент. При этом он может иметь любую высоту, приемлемую для заключения в нем замедлителя. Например, высота конуса 215 может примерно вдвое превышать высоту контролирующей полости 140. Конус 215 может проходить через отверстие, выполненное в верхнем компоненте 155 конструктивного блока 145. При этом он может быть предусмотрен для каждой контролирующей полости 140. Поскольку конус 215 может иметь высоту, превышающую высоту контролирующей полости 140, возможно взаимное наложение этого конуса с другими конусами 215, окружающими ту же топливную трубку. Конус 215 и топливная трубка могут формировать канал 220, а накладывающиеся конусы 215 - канал 225, проходящий между ними. Канал 220 может быть продолжением канала 225. Каналы 220 и 225 могут окружать топливные трубки 135 и иметь любую приемлемую форму, например являться коническими каналами. Конус 215 может быть герметично присоединен к топливной трубке в своей верхней части, так что канал 220 может быть глухим, герметично перекрытым в плане. Поскольку обычно температура топливной трубки выше температуры кипения жидкого замедлителя, любой замедлитель в канале 220 может быть кипящим, причем образующийся парообразный замедлитель будет вытеснять жидкий замедлитель вниз, из нижних каналов 220 и 225 через зазор 250 в нижнюю часть контролирующей полости 140. Поскольку пар может проводить тепло менее эффективно, чем жидкий замедлитель, результирующий двойной слой пара, образуемый каналами 220 и 225 и накладывающимися конусами 215, может ослабить теплопередачу от топливных трубок 135 к замедлителю в контролирующей полости 140. Таким образом, конусы 215 способны обеспечить эффективное окружение топливных трубок 135 в каналах 220 и 225 тонким слоем парообразного замедлителя, сообщающегося по текучей среде с зоной 95 отражателя.

Наружный конический блок 205 может содержать внутренний конус 235 и внешний конус 240. Внутренний и внешний конуса 235, 240 (которые можно выполнить из материала, схожего с материалом конуса 215) могут окружать топливную трубку и конус 215. Для обеспечения структурной прочности внутренний конус 235 может быть прикреплен к нижней поверхности 245 верхнего компонента 155, а также, в отдельных местах своей нижней поверхности, к нижней поверхности конуса 215 с сохранением зазора 230, делающего возможным вертикальное течение жидкого замедлителя из нижней части полости 140 по каналу 210 в полости 140, расположенные выше и ниже. Внутренний конус 235 может иметь высоту, немного меньшую высоты контролирующей полости 140, и может образовывать зазор 250 с верхней поверхностью 255 смежной нижележащей контролирующей полости 140. Внешний конус 240 может быть прикреплен к нижней поверхности 245 верхнего компонента 155 и иметь высоту, меньшую, чем высота внутреннего конуса 235. Между внутренним конусом 235 и внешним конусом 240 может быть образована полость 260. Замедлитель может свободно перемещаться между зоной 190 жидкости контролирующей полости 140 и полостью 260, а также между зоной 190 жидкости и частью 270, расположенной между смежными внешними конусами 240 смежных топливных трубок 135. В полости 260 может находиться зона 275 жидкости, содержащая жидкий замедлитель. В результате нагрева замедлителя в контролирующей полости 140 нейтронами и гамма-излучением из топливных трубок 135 жидкий замедлитель в зоне 275 жидкости может быть нагрет до состояния пара, образующего зону 280 газа. Кроме того, в результате нагрева замедлителя в контролирующей полости 140 быстрыми нейтронами и гамма-излучением от топливных трубок 135 жидкий замедлитель в зоне 190 жидкости может быть нагрет до состояния пара с образованием части зоны 185 газа в части 270, расположенной между смежными внешними конусами 240. В зависимости от количества тепла, передаваемого быстрыми нейтронами и гамма-излучением от топливных трубок 135, полость 260 и часть 270 могут быть, по существу, заполнены зонами 280 и 185 газа или зонами 275 и 190 жидкости.

Зона 275 жидкости и зона 280 газа могут быть разделены границей 290, а зона 190 жидкости и зона 185 газа - границей 195. Зона 275 жидкости, зона 280 газа и граница 290 могут иметь характеристики, сходные с рассмотренными выше характеристиками зоны 190 жидкости, зоны 185 газа и границы 195 соответственно. Так, размеры зон 280 и 185 газа могут оставаться, по существу, постоянными, а границы 290 и 195 - относительно стационарными, если количество тепла, передаваемое нейтронами с большими скоростями (быстрыми нейтронами) и гамма-и