Импульсный ядерный реактор

Импульсный ядерный реактор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рвслублик .

О П САНЕ.E

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< Б29673

К АВТОРСКОМУ СВ ЛЬСТЗУ (б1) Дополнительное к авт. сеид-ау— (51)м. к . (22) Заявлено 19.09.73 (21) 1959625/25 с присоединением заявки N9—

G 21 С 1/26

I oñóäàðñòâåííûé комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликоваио 23(0381. Бюллетень Й9 11

Дата опубликования описания 230 3В 1 (H) ПЖ621.0 39. .5 (088.8) (72) Автор изобретения

В.Ф. Колесов (71) Заявитель (5 4 ) ИМПУЛЬСНЫЙ ЯДВР НЬ(Я pE Ag p

Изобретение относится к технике импульсных реакторов, широко применяемых в качестве мощных источников нейтронного и я"- -излучений..

Известны быстрые импульсные реакторы апериодического действия, рассчитанные на получение коротких мощных импульсов излучений, активная эона (АЗ) которых выполнена из высокопрочных сплавов урана (1).

Работа импульсных ядерных реакторов основана на принципе саморегулирования, обеспечиваемого отрицательным коэффициентом реактивности, 15 связанным с тепловым расширением

ЛЗ (2) .

Наиболее близким к предлагаемому является реактор, содержащий активную зону и отражатель, примыкакщий 20 к активной зоне и выполненный из под- вижных блоков (3).

Недостатком известных импульсных реакторов является возбуждение в компонентах их.А3 в процессе быстрого разогрева механических колебаний и динаМических напряжений большей амплитуды, следствием чего являются жесткие ограничения по динамическому тепловому удару, приводящие к низко- ЗО му пределу. допустимых удельных энерговыделений в материале А3 в импульсе и к значительной длительности импульса (длительность импульса в реакторах уменьшается с ростом удельного). энерговыделения .В известных быстрых импульсных реакторах вследствие отмеченных факторов удельное энерговыделение в области максимального разогрева А3 не превышает 7001200 Дж/см (300-500 С), а достигнутая минимальная ширина импульСа излучений на. половине высоты лежит в пределах 35-50 мкс. В современной физике и технике, однако, требуются импульсы более мощные и более короткие.

Цель изобретения — повышение энерговыделения .в импульсе и сокращение его длительности.

Это достигается тем, что активная зона и отражатель выполнены из однородных материалов с близкими акустическими свойствами и приблизительно равными по толщине.

В предлагаемом реакторе акустическая волна сжатия, сформировавшаяся( в А3 в процессе импульса мощности и несущая кинетическую энергию (т.е. энергию механических колеба529673 ний), перемещается от центра к периферии, оставляя за собой Неподвижный материал и квазистатические напряжения сжатия, беспрепятственно переходит в блоки, отражается от внешней границы блоков и движется назад, в сторону АЗ, уже как волна растяжения. Вслед за приходом отраженной вол-! ны к границе между блоками и А3, в момент, когда напряжения на этой границе становятся положительными„ между блоками и АЗ возникает увеличивающийся со временем зазор, предотвращающий переход отраженной волны в АЗ.

На чертеже представлена схема предлагаемого ядерного реактора.

Активная зона 1 реактора из высокотемпературного материала заключена

s лрчной в прочный металлический силовой корпус 2, выполненный в виде двух полусфер. 20

Металлические полусферические блоки 3 и 4 плотно сомкнуты с силовым корпусом АЗ но при толчке могут удаляться вверх-вниз от неподвижной З, пока не эатормозятся внешними амортизаторами (на чертеже не показаны). Эти блоки воспринимают энер— гию упругой волны, сформировавшейся в АЗ в процессе импульса мощности.

Возникающий зазор между блоками

3,4 и силовым корпусом 2 предотвращает обратный переход волны в силовой корпус 2.

Назначение силового корпуса 2 сохранение целостности и компактности керамической АЗ 1 при наличии квазистатических напряжений и остатка упругой волны, не унесенного подвижными блоками 3,4.

Силовой корпус 2 и подвижные блоки 3,4 изготовляют из прочных спла†40 вов, содержащих небольшие количества ядерно делящихся веществ, например из сплавов урана естественного состава с молибденом„

Перевод реактора в надкритическое состояние с целью геиерирования импульса мощности осуществляется с помощью быстрого (co скоростью 1-2м/с) приближения к силовому корпусу блока 4.

Если толщина блоковь удовлетворяет условию где R — радиус АЗ, С Сз" скорость звука в А3 и в бло ке, соответственно,. то к моменту прихода отраженной волны к границе раздела АЗ и блоков пря- 60 мая волна успевает полностью перейти из А3 в блоки и в момент возникновения зазора между блоками и А3 среда АЗ находится практически в неподвижном состоянии. Блоки, получившие кинетическую энергию и механический импульс в процессе перехода в них прямой волны удаляются о

АЗ

Ф т пока не затормозятся на внешнем амоРтизаторе В АЗ остается лишь небольшая (- 1Ъ) доля от всей возникшей в импульсе мощности ки нетической энергии, обусловленная частичным от-. ражением прямой волны в момент перехода ее в блоки и частичнои доразгрузкой квазистатических напряжений в АЗ после возникновения зазора между ней и блоками .

Вследствие передачи кинетической энергии блокам амплитуда динамических напряжений в АЗ, отнесенная к удельному энерговыделению, в сравнении с известными быстрыми импульсными реакторами резко понижается. С другой стороны, в таком реакторе не возникает жестких ограничений и по напряжениям в блоках, поскольку энергия колебаьий в них рассредоточеиа. в объеме, примерно на порядок превышающем объем АЗ.

После ухода акустической волны и удаления блоков в А3 устанавливаютcR квазистатические напряжения, медленно изменяющиеся по мере перераспределения тепла вследствие Эффектов теплопроводности. Хотя эти напряжения и значительны по величине, их ограничительная роль начинает сказываться лишь при удельных энерговыделениях, во r чого раз превосходящих максимально возможное удельное энерговыделение в известных импульсных реакторах.

Квазистатические напряжения в силовом корпусе (если таковой имеется) можно существенно уменьшить путем изготовления его из материалов, содержащих небольшие количества ядерно делящихся веществ,чем достигается спадающий в направлении радиуса разогрев силового корпуса в импульсе мощности до небольших температур, относительное выравнивание напряжений б по всей толщине силового корпуса и понижение величины этих напряжений (показателем степени опасности квазистатчческих напряжений служит величина б, а.не бц, поскольку, как правило, квазистатические напряжения 5+ — растягивающие, а напряжения ц — сжимающие) .

Приведенная картина распространения волны и свойства реактора с подвижными блоками реализуются в полном масштабе в предположении плотного контакта между отдельными частями реактора и прежде всего между АЗ (или силовым корпусом) и блоками перед импульсом мощности. Наличие небольших зазорбв непорядка десятых долей миллиметра) между компонентами реактора, однако, не приводит к осложнениям. Эти зазоры ликвидируются на первоначальной фазе расши529673

Формула изобретения

Ф °

Составитель В. Мурогов

Редактор T. Колодцева ТехредН.Ковалева Корректор М-Аемч«.

Заказ 1641/44 Тираж 476 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 рения А3 при подходе к ним пологого переднего фронта волны. Следствием неплотного механического контакта является отражение обратно в А3 дополнительной малой доли кинетической энергии колебаний. 5

Расчеты показывают, что в реакторе можно получать импульсы мощности, длительность которых в 3-4 раза меньше, а удельное энерговыделение в 10

10 раз больше, чем в известных импульсных реакторах.

Предлагаемый ядерный реактор, как и известные, является установкой многократного действия. Частота повторения импульсов в нем определяется временем остывания компонент после импульса. ж и

Импульсный ядерный реактор соде ащи активную зону и отражатель, примыкающий к активной зона и выполненный из подвижных блоков, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения энерговыделения в импульсе и сокращения его длительности, активная зона и отражатель выполнены из однородных материалов с близкими акустическими свойствами и приблиэи .. тельно равными по толщине.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1.@Имев et мР. Ruche.Sc, сто Ел рч. Vo< Å, 3960, р 691.

2. Fact bvrst reactors, New Hex1Co, 1969.

3. Патент СШЛ У 3629070, кл. 176-87, 1971 (прототип1.