Ядерный растворный реактор

Ядерный растворный реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в гомогенных реакторах растворного типа для получения медицинских радиоизотопов, например молибдена-99, ксенона-133, и для выполнения активационного анализа, нейтронной радиографии и т.п. Гомогенные ядерные реакторы отличаются ядерной безопасностью ввиду присущего им выраженного отрицательного мощностного коэффициента реактивности.

Известен высоконадежный реактор "Аргус" [Афанасьев Н.М., Беневоленский A.M., Венцель О.В. и др. Реактор "Аргус" для лабораторий ядерно-физических методов анализа и контроля. - Атомная энергия. - т. 61, вып. 1.- 1986. - с. 7-9], содержащий герметичный корпус, в котором размещается активная зона с ядерным топливом в виде водного раствора уранилсульфата и пассивный холодильник змеевикового типа, погруженный в топливный раствор. Надрастворный объем корпуса заполнен воздухом под разрежением. Теплопередача от раствора к холодильнику осуществляется за счет естественной циркуляции раствора. Для удаления радиолитического водорода и кислорода служит система каталитической рекомбинации этих газов, выполненная в виде контура естественной циркуляции смеси указанных газов с воздухом-заполнителем и паром (парогазовой смеси). Высота этого контура около 3-х метров.

Для обеспечения высокой безопасности растворного реактора необходимо выполнение двух условий:

- в корпусе реактора должно поддерживаться разрежение, что ограничивает температуру раствора (не более 80°C), которая зависит от интенсивности охлаждения раствора и растет с увеличением мощности реактора;

- концентрация водорода в парогазовой смеси не должна достигать взрывоопасных значений (с запасом до 3% объемных).

Концентрация водорода зависит от мощности реактора и эффективности работы системы каталитической рекомбинации.

Эти условия ограничивают мощность реактора "Аргус" величиной около 30 кВт и соответственно снижают его потребительские качества.

Известен ядерный гомогенный реактор по патенту RU 2125743, в котором отодвигаются ограничения мощности, связанные с температурой раствора. Это достигается путем интенсификации теплообмена между раствором и внутренним холодильником за счет применения вынесенного циркуляционного насоса для топливного раствора. Однако вынесение циркуляционного насоса и части топливного раствора из корпуса реактора ограничивает локализирующую функцию корпуса и радиационную безопасность реактора. Кроме того, в этом реакторе не решается задача безопасного увеличения производительности системы каталитической рекомбинации.

Целью изобретения является повышение мощности гомогенного растворного реактора при сохранении безопасности. Поставленная цель достигается обеспечением принудительной циркуляции топливного раствора в пределах корпуса реактора и парогазовой смеси в системе каталитической рекомбинации с помощью соответственно насоса (мешалки) и вентилятора, рабочие колеса которых установлены на едином валу, помещены в единый канал и имеют единый привод. Канал имеет две группы отверстий, размещенные соответственно ниже уровня раствора и выше него, причем рабочее колесо насоса расположено ниже нижних отверстий, а рабочее колесо вентилятора расположено выше верхних отверстий.

Выступающая из корпуса реактора верхняя часть канала служит для соединения с системой каталитической рекомбинации и для размещения герметизирующего устройства вала (например, магнитной муфты), а также для крепления электропривода вала и установки двух подшипников.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез реактора. Реактор включает в себя герметичный корпус 1, частично заполненный топливным раствором, например, уранилсульфата, в который погружен холодильник 2 змеевикового типа, внутри которого прокачивается охлаждающая вода от внешнего источника.

Принудительная циркуляция топливного раствора обеспечивается рабочим колесом 3 циркуляционного насоса, отбирающего раствор через входные отверстия "а" в канале 4 и направляющего его в нижнюю часть активной зоны. Далее, раствор, выйдя из канала 4, движется вверх, омывает витки холодильника и через отверстия "а" замыкает контур принудительной циркуляции. Тепло, выделившееся в растворе в результате реакции деления, отводится водой, циркулирующей в холодильнике 2. Благодаря принудительной циркуляции топливного раствора происходит его интенсивное охлаждение и снижение давления парогазовой смеси за счет снижения парциального давления пара.

Из зеркала раствора происходит выход пузырьков радиолитического газа, который вместе с воздухом-заполнителем и паром через отверстия "б" поступает на рабочее колесо 5 вентилятора и в систему каталитической рекомбинации. Пройдя пусковой электронагреватель 6 и рекомбинатор 7, разогретая за счет выгорания водорода смесь поступает в холодильник 8 и далее - в надрастворный объем корпуса 1 и, тем самым, замыкает парогазовый контур.

Рабочие колеса насоса и вентилятора 3 и 5 размещены на едином валу 9, установленном на подшипниках 10 и приводимом во вращение электродвигателем 11 через герметизирующее устройство 12, например магнитную муфту.

Выход радиолитического водорода пропорционален мощности реактора, а концентрация водорода в парогазовой смеси обратно пропорциональна расходу смеси, который благодаря вентилятору может быть достаточно большим, чтобы не достичь опасной концентрации водорода.

В итоге применения принудительной циркуляции топливного раствора и парогазовой смеси обеспечиваются оба условия безопасности, а именно в части температуры раствора и соответственно давления парогазовой смеси, а также в части концентрации водорода, и мощность реактора типа "Аргус" может быть доведена до 100 кВт. Помимо этого значительно уменьшается габарит реактора по высоте.

Ядерный растворный реактор преимущественно для производства медицинских радиоизотопов, содержащий корпус, частично заполненный водным раствором делящегося вещества, в который погружен трубчатый холодильник, и систему каталитической рекомбинации радиолитических водорода и кислорода, вход и выход которой соединен с надрастворным объемом корпуса, отличающийся тем, что с целью увеличения мощности при обеспечении безопасности он снабжен побудителем циркуляции раствора в пределах корпуса и побудителем циркуляции парогазовой смеси в контуре каталитической рекомбинации, выполненными в виде установленных на общем валу рабочих колес насоса и вентилятора, размещенных во встроенном в корпус реактора канале, имеющем две группы отверстий, расположенных соответственно выше и ниже уровня раствора, причем рабочее колесо насоса установлено ниже нижних отверстий, а рабочее колесо вентилятора установлено выше верхних отверстий.