Сборка для ядерного реактора, содержащая ядерное топливо и систему инициирования ввода, по меньшей мере, одного поглощающего нейтроны и/или смягчающего последствия аварийной ситуации элемента

Сборка для ядерного реактора, содержащая ядерное топливо и систему инициирования ввода, по меньшей мере, одного поглощающего нейтроны и/или смягчающего последствия аварийной ситуации элемента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к смешанной сборке для ядерного реактора, содержащей ядерное топливо и, по меньшей мере, один компонент, подлежащий вводу в активную зону, изготовленный из материала, поглощающего нейтроны, и/или компонент, смягчающий последствия аварийной ситуации в случае полного расплавления активной зоны. Компонент, смягчающий последствия аварийной ситуации, изготовлен из материала, который способен формировать низкоплавкую эвтектику с материалом оболочки стержневых тепловыделяющих элементов сборки и, таким образом, предотвращает образование пробок, создающих препятствие для отвода расплава активной зоны или расплава материалов конструктивных компонентов активной зоны.

Уровень техники

Сборка предназначена, в частности, для реакторов на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением, далее называемых SFRs.

С целью регулирования работы активной зоны реактора или ослабления последствий нарушения работы реактора предусмотрен ввод в ядерный реактор компонентов, изготовленных из материалов, поглощающих нейтроны. Указанные компоненты могут представлять собой стержни, которые при штатном режиме работы подвешены над активной зоной. Когда возникает необходимость в снижении реактивности реактора, в активную зону вводятся компоненты, поглощающие нейтроны.

Нарушение работы ядерного реактора может быть связано, к примеру, с проблемой в системе охлаждения реактора, скажем, в первом контуре, поскольку может образоваться пробка, препятствующая циркуляции жидкого натрия в реакторе с натриевым теплоносителем. Таким образом, может происходить потеря стока тепла, то есть нарушение должного отвода тепла посредством системы охлаждения реактора.

Если в активную зону не вводить отрицательную реактивность, то последствия указанных нарушений работы реактора будут включать повышение температуры в активной зоне, приводящее к расплавлению одной или нескольких сборок, или даже к полному расплавлению активной зоны, что может вызвать нарушение целостности реактора.

Цель ввода поглощающих нейтроны компонентов в активную зону состоит в том, чтобы подавить нейтронную реакцию и стабилизировать активную зону реактора при выбранной температуре, удовлетворяющей принятым критериям предполагаемого нарушения работы реактора.

Кроме того, предусмотрено несколько избыточных, разнотипных и независимых систем останова реактора для поддержания максимальной безопасности при управлении реактором и для компенсации дефектов при штатном режиме работы.

Применяемые прежде в реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFRs) системы останова, считающиеся традиционными, основаны на активных устройствах, в том смысле, что ввод поглощающих нейтроны компонентов инициируется внешним электрическим управлением или исчезновением электрического сигнала. Системы останова реактора, используемые до сих пор, имеют механический интерфейс и верхнюю заглушку корпуса.

В реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFRs) нового поколения предусматривается дополнительная система останова реактора, применяемая при выходе из строя традиционных систем останова; конкретнее говоря, введение в действие указанных «экстренных» систем останова реактора осуществляется только при необходимости, а именно, после инициирования традиционных систем останова реактора. Исходя из диверсификации оборудования, а также с целью исключения риска отказа электрической аппаратуры, системы регулирования и логической системы, предусматривается использование пассивных устройств, в том смысле, что ввод поглощающих нейтроны компонентов непосредственно связан с физическим явлением, а не инициируется электрическим управлением. В этом качестве можно представить себе, например, инициирующие средства, чувствительные к изменению потока теплоносителя или к повышению температуры. Указанные пассивные устройства были подробно изучены, однако ни одно из них никогда еще не применялось в реакторе.

В документе FR 2230984 раскрывается тепловыделяющая сборка, имеющая корпус, вмещающий стержневые тепловыделяющие элементы, и аварийное устройство останова реактора. Устройство останова занимает часть пространства, которое обычно занимают стержневые тепловыделяющие элементы. Указанное устройство останова имеет герметичный кожух, который крепится к корпусу сборки. В устройстве останова реактора используется аргон, и применяются изготовленные из карбида бора продолговатые компоненты, подвешенные на тросе. Трос подвешен в герметичном кожухе на плавкой перемычке, чувствительной к температуре. Когда температура превышает пороговое значение, плавкая перемычка расплавляется и компоненты из карбида бора, высвобождаясь, падают на дно капсулы в активную зону. Поскольку кожух крепится к сборке, он механически не изолирован от нее и поэтому потенциально может быть деформирован в результате приложения механической нагрузки, нарушающей периодичность решетки, а именно, выгибающей и/или сминающей плоскую пластину сборки. Таким образом, создается препятствие для ввода компонента из карбида бора в активную зону.

Следовательно, необходимо повысить надежность описанного выше способа ввода указанной сборки.

Существуют две причины, не позволяющие убедиться в правильности работы аварийного устройства останова реактора: первая из них заключается в том, что система оснащена плавкой перемычкой одноразового действия, а вторая причина заключается в том, что аварийное устройство останова крепится к сборке и невозможно провести тестирование на заданную температуру срабатывания аварийного устройства останова на несущей тепловыделяющей сборке.

Кроме того, поскольку кожух крепится к несущей тепловыделяющей сборке, невозможно отделить по сроку службы поглощающее устройство и несущую тепловыделяющую сборку. К тому же, трудно обращаться с поглощающим материалом на линии изготовления тепловыделяющей сборки и во время операций по демонтажу.

В документе FR 2251079 раскрывается защитное устройство для ядерного реактора с поглощающими компонентами, имеющими форму цилиндрических звеньев. Однако цилиндрическая форма звеньев не является оптимальной касательно надежности ввода, температурных аспектов и эффективности поглощения нейтронов.

В документе FR 2683667 раскрывается установка, работающая на ядерном топливе, в которую интегрировано пассивное защитное устройство. Пассивное защитное устройство содержит поглощающие компоненты в виде шаров, распределенных в плавкой матрице. При указанной конструкции, во-первых, наблюдается эффект выгибания в результате скопления шаров и, следовательно, механическая блокировка, снижающая надежность срабатывания устройства и ввода компонентов. Во-вторых, не регулируется расположение шаров в пределах пучков тепловыделяющих элементов, особенно в конце облучения, когда пучок под действием облучения может быть существенно деформирован в связи с радиационной ползучестью и распуханием под действием облучения. Кроме того, существует риск частичной или полной блокировки шарами пучка тепловыделяющих элементов, а также риск блокировки решеток, расположенных выше по потоку и ниже по потоку пучка, что противоречит основному правилу конструирования дополнительного защитного устройства, предназначенного обеспечивать защиту при маловероятных аварийных ситуациях, согласно которому при использовании дополнительного защитного устройства не допускается снижение уровня защиты, обеспечиваемого стандартной конструкцией. Однако, хотя в реакторах на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFRs) мгновенная полная блокировка (BTI) тепловыделяющей сборки рассматривается в качестве инициатора расплавления топлива, при стандартной конструкции активной зоны она относится к остаточному риску.

В документе US 5,051,229 раскрывается термочувствительное срабатывающее устройство, обеспечивающее ввод поглотителя нейтронов в активную зону реактора, причем указанное устройство расположено в тепловыделяющей сборке. Реактивность и точность указанной системы весьма ограничены по отношению к изменениям температуры. Кроме того, при штатном режиме работы указанное устройство оказывает серьезное влияние на эффективность нейтронов активной зоны. Так как при штатном режиме работы система останова реактора должна оказывать минимальное влияние на эффективность нейтронов в активной зоне, объемная доля компонентов, функционирование которых связано с нейтронами (объемная доля поглотителя и топлива), на сборку должна быть максимизирована, чтобы минимизировались потери объемной доли топлива в активной зоне. Что касается сборок, предназначенных для систем регулирования, как правило, максимизируется объем поглотителя на сборку, чтобы в активной зоне было минимизировано количество позиций. Попытка оптимизации инициирования реактивности в конструкции смешанной сборки должна привести к минимизации снижения объемной доли топлива, по сравнению с силовой сборкой. Согласно документу US 5,051,229 не обеспечивается ни то ни другое, поскольку максимальная объемная доля топлива (сочетание пяти топливных капсул с одной капсулой поглотителя) значительно ниже, чем это возможно в стандартной тепловыделяющей сборке, и максимальная объемная доля поглотителя (сочетание пяти капсул поглотителя с одной топливной капсулой) значительно ниже, чем это возможно с регулирующими стержнями.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в разработке сборки ядерного реактора, содержащей аварийную систему останова с пассивным инициированием, а именно, не связанную механически с верхней заглушкой корпуса и имеющую высокую точность, высокую надежность срабатывания и высокую надежность ввода, к тому же, приспособленную к многократным испытаниям на правильность функционирования, по мере необходимости.

Упомянутая выше задача решена посредством сборки ядерного реактора, содержащей корпус, в котором расположены стержневые тепловыделяющие элементы и аварийная система останова, занимающая часть пространства, которое обычно занимают стержневые тепловыделяющие элементы, причем аварийная система останова содержит капсулу, продолжающуюся вдоль геометрической оси корпуса, указанная капсула съемным образом вставляется в оболочку, которая ограничивает полость (свободное пространство) с внутренней стороны стержневых тепловыделяющих элементов, при этом в капсуле подвешена подлежащая вводу сборка, которая является поглощающей нейтроны и/или смягчающей последствия аварийной ситуации.

Сборка содержит аварийную систему останова, механически отделенную от сборки, в этом случае систему можно разместить в требуемом положении и извлечь из корпуса сборки для проверки на правильность функционирования, а также для ремонта, переснаряжения или замены подлежащей вводу сборки, если чрезмерно снизилась отрицательная реактивность.

Поскольку почти весь поток теплоносителя, циркулирующего в корпусе, проходит через устройство и, практически, равен потоку в стандартной тепловыделяющей сборке, оптимизирована как точность, так и надежность срабатывания системы инициирования ввода сборки. Срабатывание системы для ввода указанной сборки осуществляется быстрее и точнее, чем для ввода сборок, предназначенных преимущественно для поглотителя, так как мощность и расход подаваемого теплоносителя исключительно для тепловыделяющей или смешанной сборок значительно больше мощности и расхода подаваемого теплоносителя исключительно для поглощающей сборки.

Высвобождение подлежащей вводу сборки может инициироваться любым из физических свойств, реагирующих на аварийное состояние реактора.

Поток теплоносителя, либо поток нейтронов может использоваться для инициирования физических явлений, зависящих от типа наблюдаемого аварийного состояния, а именно, от потерь потока теплоносителя в реакторе и нестационарного режима при изменении реактивности.

В качестве инициирующего физического явления, предпочтительно, используется температура. Инициирующее устройство системы останова ректора может быть устройством магнитного типа, и подлежащая вводу сборка может высвобождаться при достижении температуры Кюри. Предпочтительно, действие указанного устройства может быть основано на относительном расширении, увеличении температуры теплоносителя, вызывающем высвобождение подлежащей вводу сборки, причем высвобождающее устройство находится непосредственно в потоке теплоносителя.

Также, предпочтительно, аварийное устройство останова содержит средства, предотвращающие нежелательное падение подлежащей вводу сборки, которые препятствуют ее высвобождению, если температура теплоносителя не превысила заданного порогового значения.

Весьма предпочтительно, чтобы подлежащая вводу сборка содержала несколько компонентов приблизительно сферической формы, смонтированных на тросе с формированием гирлянды, благодаря чему повышается надежность ввода компонентов.

Предметом настоящего изобретения является несущая сборка для ядерного реактора, содержащая корпус, продольная ось которого ориентирована приблизительно вдоль вертикальной оси несущей сборки, зону деления, расположенную в нижней части корпуса, свободный объем, находящийся в верхней части корпуса, свободное пространство, которое находится в зоне деления и продолжается, по меньшей мере, частично по зоне деления вдоль продольной оси, то есть от конца зоны деления со стороны верхней части, оболочку, ограничивающую свободное пространство (полость), а также содержит систему инициирования ввода поглощающей сборки, причем указанная система инициирования ввода поглощающей сборки содержит капсулу, ориентированную вдоль продольной оси, в которой подвешена подлежащая вводу сборка, и устройство инициирования ввода поглощающей сборки, способное высвобождать указанную подлежащую вводу сборку при аварийном состоянии сборки, причем капсула частично вмещается в оболочку, к тому же, указанная система съемным образом устанавливается на несущей сборке, причем капсула содержит захватную головку, на которой смонтирована система инициирования ввода сборки, расположенная над оболочкой.

Устройство инициирования ввода поглощающей сборки, предпочтительно, расположено в верхней части верхней зоны корпуса.

Предпочтительно, свободное пространство находится в центральной части зоны деления, при этом продольная ось системы инициирования ввода несущей сборки коаксиальна оси сборки.

Подлежащая вводу сборка, может содержать компонент, поглощающий нейтроны, и/или компонент, смягчающий последствия аварийной ситуации.

Продольный размер подлежащей вводу сборки может составлять, например, половину общего продольного размера капсулы.

Предпочтительно, капсула содержит средства, амортизирующие падение подлежащей вводу сборки в конце ее перемещения.

Кроме того, на конце участка капсулы, расположенного в оболочке, могут быть выполнены отверстия для подачи теплоносителя.

Несущая сборка может содержать направляющие средства, обеспечивающие позиционирование системы инициирования ввода поглощающей сборки в зоне деления, расположенной в конце оболочки с той же стороны, где находится свободный объем несущей сборки.

Корпус имеет, предпочтительно, шестиугольное поперечное сечение, оболочка имеет, предпочтительно, шестиугольное наружное поперечное сечение и шестиугольное или круглое внутреннее поперечное сечение, а капсула имеет круглое наружное поперечное сечение.

Предпочтительно, подлежащая вводу сборка содержит множество поглощающих элементов, соединенных шарнирно друг с другом, причем концевой поглощающий элемент формирует соединительную головку, взаимодействующую с удерживающими средствами устройства инициирования ввода поглощающей сборки. Компоненты, предпочтительно, скользят по тросу. Трос может быть изготовлен, к примеру, из плетеных металлических волокон или плетеных керамических волокон.

Каждый из элементов имеет сферическую форму, что является наиболее предпочтительным.

Несущая сборка может содержать средства амортизации, размещенные между элементами, по меньшей мере, одной пары.

Элементы могут быть сформированы, например, из нескольких поглощающих материалов. По меньшей мере, некоторые из элементов, могут быть изготовлены из первого поглощающего материала, а другие элементы могут быть изготовлены из второго поглощающего материала.

Предпочтительный признак изобретения состоит в том, что элементы могут быть полыми, либо могут содержать центральную сердцевину и наружный кожух, которые изготовлены из разных материалов.

Система инициирования ввода поглощающей сборки, предпочтительно, чувствительна к изменениям температуры. Предпочтительнее, действие системы инициирования ввода поглощающей сборки основано на относительном расширении.

Например, система инициирования ввода поглощающей сборки содержит блокирующие средства, предотвращающие ввод сборки при температуре ниже рабочей температуры реактора.

Несущая сборка, предпочтительно, имеет средства, содержащие ультразвуковую телеметрическую аппаратуру для обнаружения ввода поглощающей сборки. Например, устройство инициирования ввода поглощающей сборки содержит часть, зафиксированную вдоль капсулы, и подвижную часть, перемещаемую в продольном направлении, причем капсула содержит средства, удерживающие подлежащую вводу сборку в подвешенном положении над зоной деления, причем указанная подлежащая вводу сборка может быть высвобождена под действием подвижной части, подвижная часть содержит блокирующие средства и средства, удерживающие подлежащую вводу сборку в подвешенном положении, а также средства высвобождения подлежащей вводу сборки из удерживающих средств, причем указанные блокирующие средства формируются, по меньшей мере, одной первой поверхностью, называемой стопорной поверхностью, а средства высвобождения подлежащей вводу сборки формируются, по меньшей мере, одной второй поверхностью, называемой освобождающей поверхностью, причем средства перемещения указанной стопорной поверхности и освобождающей поверхности расположены вдоль продольной оси, при этом указанные средства перемещения формируются корпусом, который может продольно расширяться относительно капсулы в результате повышения температуры теплоносителя, причем указанная стопорная поверхность и освобождающая поверхность позиционированы так, чтобы при повышении температуры теплоносителя стопорная поверхность перемещалась в осевом направлении от удерживающих средств, а освобождающая поверхность перемещалась в осевом направлении к удерживающим средствам; когда теплоноситель в реакторе имеет нормальную рабочую температуру, указанная стопорная поверхность перемещается от удерживающих средств, когда температура теплоносителя превышает пороговую температуру, происходит разблокировка удерживающих средств и освобождающая поверхность прикладывает осевое усилие к удерживающим средствам, в результате чего, подлежащая вводу сборка, высвобождается.

Средства обнаружения могут содержать, по меньшей мере, один ультразвуковой преобразователь, установленный над верхней частью капсулы, отражатель, установленный на верхней части капсулы и обращенный к преобразователю, при этом продольное положение отражателя регулируется в зависимости от положения подлежащей вводу сборки, а именно, удерживается или не удерживается подлежащая вводу сборка удерживающими средствами; указанный отражатель соединен с подлежащей вводу сборкой посредством продолговатого элемента, который способен свободно скользить вдоль расширенной области, проходя через верхнюю часть капсулы, и удерживает отражатель в неподвижном положении, опираясь на подлежащую вводу сборку до ее ввода.

Несущая сборка может содержать упругое средство, находящееся в сжатом состоянии до ввода сборки и разжимающееся при вводе сборки, при этом прикладывающее силу растяжения к продолговатому элементу для перемещения отражателя.

Между корпусом и капсулой, предпочтительно, предусмотрен радиальный зазор, ограничивающий канал для теплоносителя, циркулирующего между корпусом и капсулой, причем корпус содержит отверстия для теплоносителя, циркулирующего в указанном канале.

Например, удерживающие средства содержат, по меньшей мере, два и, предпочтительно, три фиксатора, распределенные вокруг продольной оси, которые установлены шарнирно на капсуле с возможностью перемещения в положение, приближенное к продольной оси, в котором подлежащая вводу сборка удерживается между фиксаторами, и в положение, отдаленное от продольной оси, для высвобождения подлежащей вводу сборки.

Стопорная поверхность может представлять собой, например, поверхность, которая расположена в радиальном направлении снаружи фиксаторов и противодействует перемещению фиксаторов от продольной оси, а освобождающая поверхность может представлять собой, например, поверхность, которая расположена перпендикулярно продольной оси, при этом фиксаторы имеют криволинейную поверхность, с которой взаимодействует освобождающая поверхность для отдаления шарнирных фиксаторов от продольной оси.

В качестве примера, корпус изготовлен из аустенитной стали, а капсула изготовлена из сплава на основе вольфрама, либо корпус изготовлен из механически упрочненной стали Z10 CNDT 15.15 В, а неподвижная часть изготовлена из сплава W-5Re.

Несущая сборка, предпочтительно, используемая в реакторе на быстрых нейтронах, охлаждаемом жидким металлом, предпочтительно, натрием, содержит поглотитель нейтронов, изготовленный из материала(ов), выбранного из нижеперечисленных: В₄С с переменным обогащением ¹⁰В, металлический гафний, тугоплавкие материалы типа боридов, например HfB₂ и ТiВ₂, гексаборид европиия EuB₆ или Eu₂O₃. Несущая сборка, используемая в водоохлаждаемом ядерном реакторе на тепловых нейтронах содержит поглотитель нейтронов, изготовленный из материала(ов), выбранных из нижеперечисленных: гафний, Dy¹¹B₆, Gd¹¹B₆, Sm¹¹B₆ и Er¹¹B₄, необработанный HfB₂ и необработанный TiB₂.

Также предметом настоящего изобретения является ядерный реактор, содержащий сборки тепловыделяющих элементов и несущую сборку согласно изобретению.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет лучше понятно после прочтения следующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан общий вид несущей сборки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащей систему инициирования ввода поглощающей сборки и комплект подвешенных поглощающих элементов.

На фиг. 2 - вид сборки, представленной на фиг. 1, после ввода в активную зону комплекта поглощающих элементов.

На фиг. 3 - вид в разрезе сборки, представленной на фиг. 2, причем разрез выполнен по поглощающему элементу в зоне деления.

На фиг. 4 - вид спереди системы инициирования ввода поглощающей сборки согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления изобретения, которая может использоваться в несущей сборке согласно настоящему изобретению, причем система инициирования ввода поглощающей сборки показана, например, при температуре позиционирования.

На фиг. 5А - местный вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при температуре позиционирования.

На фиг. 5В - местный вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при рабочей температуре.

На фиг. 5С - вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при температуре срабатывания непосредственно перед вводом поглотителя в активную зону.

На фиг. 5D - вид в продольном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем устройство инициирования ввода поглощающей сборки показано при температуре срабатывания в момент ввода поглотителя в активную зону.

На фиг. 6 - вид сверху системы, представленной на фиг. 4.

На фиг. 7 - вид в поперечном разрезе системы, представленной на фиг. 4, причем разрез выполнен по плоскости А-А, показанной на фиг. 5С.

Используемые в нижеследующем описании термины «верхний» и «нижний» обозначают детали компонентов, расположенные в верхней и в нижней части рассматриваемых чертежей, соответственно расположению компонентов в реакторе. Термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» относятся к направлению циркуляции теплоносителя в сборке, то есть от нижней части к верхней части.

Осуществление изобретения

В приведенном описании термин «несущая сборка» относится к сборке согласно настоящему изобретению, содержащей как ядерное топливо, так и поглощающие компоненты, а термин «стандартная сборка» относится к сборке, содержащей только ядерное топливо.

Кроме того, термин «штатный режим работы» относится к эксплуатации реактора при нормальных условиях, а термин «аварийное состояние» относится к состоянию реактора, при котором требуется ввод поглотителей для замедления или даже прекращения реакции. Например, при этом состоянии происходит рост температуры реактора, приводящий к увеличению температуры теплоносителя выше заданного температурного порога.

Кроме того, в нижеследующем описании подлежащая вводу сборка рассматривается как сборка, содержащая комплект компонентов, изготовленных из материала, поглощающего нейтроны, однако изобретение также применимо для подлежащей вводу сборки, содержащей комплект поглощающих элементов и/или смягчающих компонентов.

В общем, ядерный реактор содержит оболочку, в которую заключено множество тепловыделяющих сборок, расположенных рядом друг с другом. Тепловыделяющие сборки формируют активную зону ядерного реактора. Теплоноситель циркулирует в указанных сборках и между сборками для извлечения тепла, выработанного ядерным топливом, формируя первичный контур. Сборки содержат ядерное топливо, например, распределенное в стержневых тепловыделяющих элементах. Область сборки, в которой содержится ядерное топливо, называют зоной деления.

Несущая сборка А согласно настоящему изобретению, представленная на фиг. 1 и фиг. 2, содержит корпус 40 с продольной осью X1, который имеет цилиндрическую форму и шестиугольное поперечное сечение. Как правило, в реакторе на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFR) сборки имеют шестиугольное наружное поперечное сечение. В реакторах других типов могут использоваться сборки, имеющие наружное поперечное сечение другой формы, например, круглой или прямоугольной формы.

Несущая сборка согласно изобретению используется вместо одной из стандартных тепловыделяющих сборок. В реакторе может использоваться несколько несущих сборок согласно изобретению.

Корпус 40 имеет центральную часть 42, называемую зоной деления, в которой расположены стержневые тепловыделяющие элементы 41. Корпус 40 имеет нижнюю часть, обеспечивающую удержание сборки в реакторе и называемую держателем 44 сборки, причем держатель 44 сборки сконструирован с возможностью установки в опоре, называемой концевой платформой. Корпус 40 также имеет открытую верхнюю часть 48.

В держателе 44 сборки выполнены отверстия 46 для подвода теплоносителя, которые обеспечивают поступление подаваемого теплоносителя в сборку.

Теплоноситель, отводящий тепло, создаваемое стержневыми тепловыделяющими элементами, нагнетается насосами и проходит в несущей сборке А от основания к верхней части, как показано стрелкой F. Теплоноситель также циркулирует вне несущей сборки, между стандартными сборками и несущими сборками, в так называемых, межсборочных зонах.

Несущая сборка также содержит полость (свободное пространство) 52, продольная ось которой продолжается по всей высоте стержневых тепловыделяющих элементов 41. Указанная полость 52 ограничена оболочкой 54, наружное поперечное сечение которой подобно поперечному сечению корпуса. Оболочка 54 поддерживает описываемую далее систему SI инициирования ввода поглощающей сборки в пучке стержневых тепловыделяющих элементов, придавая пучку стержневых тепловыделяющих элементов когерентную конфигурацию. Таким образом, в реакторе на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением (SFR) оболочка 54 имеет шестиугольное наружное поперечное сечение, подобное поперечному сечению корпуса. В примере, показанном на фиг. 4, оболочка 54 имеет круглое наружное поперечное сечение. Следует отметить, внутреннее поперечное сечение оболочки 54 может быть шестиугольным.

В представленном примере ось полости 52 располагается на одной линии с осью сборки, что является предпочтительным и будет описываться далее. Оболочка 54 занимает пространство, обычно занимаемое двумя кольцами стержневых тепловыделяющих элементов.

В нижнем конце оболочки 54 выполнено одно или несколько отверстий для подачи теплоносителя.

Несущая сборка согласно настоящему изобретению также содержит систему SI инициирования ввода поглотителя нейтронов, указанная система SI включает устройство аварийного останова реактора в случае аварийной ситуации. Указанная система SI содержит устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки и поглощающую сборку 2, содержащую комплект поглотителей, причем указанный комплект поглотителей в штатном режиме работы поддерживается в подвешенном состоянии при помощи устройства DI инициирования ввода поглощающей сборки, а при возникновении аварийной ситуации высвобождается.

Система SI инициирования ввода поглощающей сборки съемно установлена в оболочке 54. Между системой SI инициирования ввода поглощающей сборки и сборкой не предусмотрены какие-либо крепежные средства.

В представленном на фиг. 4 примере система SI инициирования ввода поглощающей сборки содержит капсулу 10, представляющую собой трубчатое тело с продольной осью X и круглым поперечным сечением. В данном примере, как уже упоминалось, оболочка 54 имеет круглое внутреннее поперечное сечение, а капсула 10 тоже имеет круглое внутреннее поперечное сечение.

Капсула 10 имеет верхнюю зону ZI, вмещающую поглощающую сборку 2, подвешенную в устройстве DI инициирования ввода поглощающей сборки, которое располагается вблизи стержневых тепловыделяющих элементов, когда система установлена в сборке, как показано на фиг. 1. Кроме того, капсула 10 имеет нижнюю зону ZII, которая вмещается в оболочку 54, и располагается, таким образом, в зоне деления, окруженная стержневыми тепловыделяющими элементами. После высвобождения сборка 2 располагается в нижней зоне ZII (фиг. 2). Чтобы нижняя зона ZII капсулы 10 вмещалась в оболочку 54, диаметр нижней зоны ZII немного меньше внутреннего диаметра оболочки 54.

Наряду с тем, что оболочка 54 ограничивает полость для капсулы 10, она также обеспечивает улучшенную механическую изоляцию системы SI инициирования ввода поглощающей сборки от самой сборки, так как жесткая конструкция оболочки защищает систему SI инициирования ввода поглощающей сборки от распухающих под действием радиации стержней. Таким образом, обеспечивается механическая изоляция и сохранение шага решетки.

Капсула 10 также содержит захватную головку 13, которая используется для позиционирования капсулы 10 и, соответственно, для позиционирования системы SI инициирования ввода поглощающей сборки. Как показано на фиг. 4, захватная головка 13 содержит средства для захвата внешним манипулятором (не показано). Верхняя часть капсулы 10 удерживается в несущей сборке.

Теплоноситель, например жидкий натрий, циркулирует в сборке вдоль продольной оси X от основания до верхней части.

В нижней части капсулы 10 выполнены входные отверстия, используемые для заполнения капсулы 10 теплоносителем, указанные входные отверстия снабжены мембранными клапанами, обеспечивающими существенное снижение давление потока. Таким образом, независимо от размера выходных отверстий, выполненных в верхней части капсулы 10, обеспечивается заполнение капсулы без создания сильного потока. Поскольку сборка 2, предпочтительно, имеет малую массу, а жидкий натрий обладает высокой вязкостью, поток теплоносителя в капсуле должен быть слабым насколько это возможно, чтобы не замедлялось падение компонента, поглощающего нейтроны, то есть не увеличивалась продолжительность его падения.

Как показано в представленном примере, наверху оболочки 54 имеется кольцевой элемент 61, предусмотренный для центрирования при монтаже системы инициирования ввода поглощающей сборки, что является предпочтительным; кроме того, указанный кольцевой элемент 61 обеспечивает теплогидравлический эффект при смешивании выходного потока из оболочки с выходным потоком из пучка стержневых тепловыделяющих элементов, то есть обеспечивается смешивание указанных потоков, благодаря которому поддерживается равномерная температуры теплоносителя, окружающего расширяющийся корпус системы. Капсула 10 подвешена за верхнюю часть, при этом нижний конец капсулы не поддерживается корпусом. На фиг. 3 показан вид в разрезе сборки, представленной на фиг. 1, причем разрез выполнен по поглощающей сборке 2 в зоне деления. На чертеже показано относительное расположение стержневых тепловыделяющих элементов 41, оболочки 54, капсулы 10 и поглощающего элемента 4 сборки 2.

Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки используется в случае аварийной ситуации для ввода поглотителя нейтронов. Аварийная ситуация, в зависимости от типа, может быть обнаружена, например, по изменению потока теплоносителя или по изменению нейтронного потока. Предпочтительно, аварийная ситуация может быть обнаружена по превышению заданного температурного порога теплоносителя внутри сборки, что непосредственно связано с основными факторами аварийной ситуации, а именно, с падением расхода теплоносителя реактора, падением теплоотвода во втором контуре и нестационарным режимом при изменении реактивности. Указанные три фактора аварийной ситуации могут вызвать повышение температуры теплоносителя, в то время как, например, по изменению расхода теплоносителя можно судить только об одном факторе аварийной ситуации.

На фиг. 2, фиг. 4, фиг. 5А-5D и фиг. 6, показан наиболее предпочтительный иллюстративный вариант устройства инициирования ввода поглощающей сборки, применяемого в несущей сборке согласно настоящему изобретению, причем принцип действия устройства основан на относительном расширении.

Устройство DI инициирования ввода поглощающей сборки сконструировано так, чтобы во время штатного режима работы поглощающая сборка 2 удерживалась над зоной деления, а при возникновении аварийной ситуации поглощающая сборка 2 высвобождалась.

Как показано в представленном примере, предпочтительно, поглощающая сборка 2 содержит множество компонентов 4, которые изготовлены из материала, поглощающего нейтроны, имеют сферическую или приблизительно сферическую форму и скользят по тросу 6 (показанному пунктирной линией), формируя гирлянду. Указанный комплект поглощающих элементов подробно рассматривается в остальной части описания.

Верхний концевой компонент 2.1 отличается от других компонентов тем, что конструктивно взаимодействует с устройством инициирования ввода поглощающей сборки. Концевой компонент 2.1, сужаясь к концу относительно боковой поверхности, формирует соединительную головку и имеет широкое основание, направленное к компонентам сферической формы.

Форма компонентов 4 никоим образом не является ограничительной, приемлемо использование удлиненных компонентов, таких как цилиндры вращения. Однако по надежности ввода компоненты, имеющие цилиндрическую форму, существенно уступают компонентам, имеющим сферическую форму.

Шарнирная конструкция компонентов, формирующих гирлянду, также никоим образом не является ограничительной, подходящей является конструкция, сформированная, например, из одного или нескольких стержн