Модельная активная зона гетерогенного и ядерного реактора

Модельная активная зона гетерогенного и ядерного реактора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >803721

Союз Советских

Социалистических

Рес у . (61) Дополнительное к.авт. саид-ву (22) Заявлено 01.06.78 (23) 2622358/18-25 (т3)М. Кл.

621 С 17/00 с присоединением заявки № (23) Приоритет

9куааротееный комитет

СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК 621. .039.546 (088.8) Опубликовано 23.11.82. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 28.12.82 (72) Автор изобретения

Ю.А. Комаров (7! ) Заявитель

I (54) МОДЕЛЬНАЯ АКТИВНАЯ ЗОНА ГЕТЕРОГЕННОГО

ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно, к модельным активным зонам гетерогенных реакторов с жидким замедлителем.

Известны устройства, позволяющие осуществить представительное физическое моделирование основного состояния (при рабочих температурных параметрах) . гетерогенной активной зоны, т.е. с сохранением физического подобия (основных нейтронно-физических параметров) и полномасштабности (равенство натурного и молельного числа твэлов Ll) и (21. Мо-дельную зону, тождественную натурной зоне, размещают в прочном корпусе с . герметизирующей крышкой, способном выдержать большие давления температуры.

Повышение температуры и, как следствие, уменьшение плотности замедлителя, сообщающие активной зоне специфические физические характеристики, происходят эа счет нагрева воды от постороннего источника тепла. Недостатками укаэанных моделей являются сложность и унт кальность (корпус реактора) требуемого оборудования и большой (равный натурному) расход дорогостоящего делящегося . материала.

Известна модельная активная зона гетерогенного ядерного реактора, содержав шая жидкий замедлитель с плотностью, большей натурной, располагаемые с меньшим относительно натурного шагом твэ.-лы с топливом в оболочках 3 1.

Недостатком прототипа является невьи ° сокое качество моделирования вследствие невозможности обеспечения основных ycis ловий физического подобия, в том числе полномасштабности.

Целью изобретения является повьппение качества моделирования, т.е. сохразо пение полномасштабноспт и основных условий физического подобия натурной активной зоне в рабочей области плотности замедлите ля.

НмНН м

КИ=9 Н(Yi ФМ);

Э 8037

Иельь достигается тем, что в моде, ьной активной зоне гетерогенного ядерного реактора, содержащей жидкий замедлитель с плотностью, большей натурной, располагаемый с меньшим относительно натурного шагом твэлы с топливом в оболочках, количество твэлов равно натурному, при этом высота, наружный диаметр оболочки и шаг между твэлами обратно пропорциональны отношению натурной и модель- 30 ной плотностей замедлителя, а загрузка топлива и вес оболочки твэла рбратно пропорциональны квадрату указашюго отношения.

На фиг. 1 изображена модельная актив-15 ная зона, продольное сечение; на фиг. 2она же, поперечное сечение; на фиг. 3 показано в увеличенном масштабе попереиное сечение твэла по активной части.

Модельная активная зона гетероген- щ ного ядерного .реактора содержит бак 1, твэлы 2, замедлитель 3, верхний и нижний дистанционирующие элементы 4 и 5.

Каждый твэл имеет активную часть 6.

Твэлы размещены в активной зоне с ша- 25 гом 7. Твэлы содержат топливо 8, оболочку 9, газовую полость 10 и разбавитель 11. B качестве разбавителя применяют,материалы, слабопоглощаюшие и замедляющие нейтроны (например, алюминий, З0 кислород, инертный газ). Оболочка 9 твэла имеет наружный диаметр 12 и внутренний диаметр 13. Замедлитель имеет переменный уровень.

За счет уменьшения пористости по топливу (делящемуся материалу) возможно обеспечить требуемое увеличение концентрации топлива, а применительно к несжимаемой оболочке - ее толщинъп

Практически геометрия и состав модель-1 ного твэла выбираются из условий

H )ТМ (Т„„) где } — высота активной части .модельМ ного твэла;

H - высота активной части натурного 55 твэла;

« удельный вес (плотность или

Н ядерная концентрация) замед21 4 лителя при натурных условиях в рабочем диапазоне температур и давлений, — удельный вес (плотность или ядерная концентрация) замед-, лителя при обычных условиях моделирования; р - наружный диаметр оболочки

И моде цьного твэла .О„- наружный диаметр оболочки натурного твэла; .

t3 „- внутренний диаметр оболочки модельного твэла;

ДН - внутренний диаметр оболочки натурного твэла;

Г

- загрузка топлива в модельном твэле;

- загрузка топлива в натурном твэл е.

Модельные твэлы, а также ТВС, если твэлы собраны в пучки, изготовленные указанным образом, набираются при комнатной температуре и атмосферном давлении:

3" н и Н ф. где 4> — модельный шаг;

- натурный шаг.

Число .модельных твэлов равно числу, твэлов натурной активной зоны. В модельной активной зоне твэлы фиксируют,ся обычным образом, например с помо щью перфорированных плит. Если в замедлителе присутствует поглотитель нейтронов, например. борная кислота, то концентрация ее (г/лит) в модели выше натурной: 3 м ь, =ь„,„ где b модельная концентрация поглотителя в замедлителе; — натурная концентрация поглотин теля в заыедлителе.

Модельная активная зона работает следующим образом.

Изменением уровня эамедлителя 3 или концентрацией кислоты модельную активную зону проводят и поддерживают и критическом состоянии. При этом определяют дифференциальные приращения реактивности при изменении уровня замедлителя в диапазоне от критического уровня до полного. Последующее интегрирование полученной зависимости дает возможность определить одну из основных характеристик - запас реактивности активной зоны, скомпенсированный поглотителем.

Одновременно получается рабочая концент5 8037 рация поглотителя. Затем при полном уров не замедлителя 3 производят активацию и измеряют распределения полей энерговыделения по твэлам 2 в объеме активной зоны. В случае применения в натурной активной зоне физического профилирования топливом, например, при исполь зовании твэлов с различной загрузкой топлива, в модельной зоне также исполь зуется соответствуюшее количество типов. щ твэлов, каждый из которых имеет характеристики, согласно приведенным соотношениям.

Если в активной зоне используются поглошаюшие стержни, то их конструкция в модели должна отличаться от натуры аналогично твэлам (вместо топлива-поглотителя). При этом, целесообразно диаметр по поглотителю (или внутренний диаметр оболочки) выбирать обратно про- 2О йорционально отношению плотностей замедлителя, а изменение толшины оболочки, если это необходимо, производить за счет наружного диаметра. Предлагаемое устройство может быть применено и в случае частичного моделирования, т.е. когда моделируется не вся активная зона, а ее часть (например, в воставе не« которой другой модельной сборки).

Оно может быть использовано также для моделирования холодного состояния натурной активной эоны, если в качестве модельного замедлителя с увеличенной плотностью использовать сверхплотную воду.

Преимушества данного устройства за ключаются в следуюшем. Возрастает точность- и надежность расчетов, на осно« ве которых предсказываются характеристики натурной активной зоны (в отношении расчетно-критического значения Кфф или запаса реактивности надК >, Это позволяет при изготовлении натурной активной зоны обойтись без ее прределки (перекомплектации) . Исключение этапа б5 подгонки сдаточных характеристик сокра21 б шает стоимость и сроки изготовления активной зоны. Проведение дополнительного модельного эксперименга с полным числом твэлов позволяет в отличие от прототипа получить рабочие распределения полей энерговыделения, что необхс шмо для подтверждения эксплуатационных =. плотехнических характеристик.

На предприятии-юаявителе выполнен расчет, подтверждающий положительный эффект предлагаемого технического решения, Формула изобретения

Модельная актйвная зона гетерогенно- го ядерного реактора, содержашая жндкий замедлитель с плотностью, большей натурной, располагаемые с меньшим относительно натурного шагом тепловыделяюшие элементы с топливом в оболочках, о тличаюшаяс ятем, что, слелью повышения качества моделирования, коли-. чество тепловыделяющих элементов равно натурному, при этом высота, наружный диаметр оболочки и шаг между тепловыделяюшими элементами обратно пропорциональны отношению натурной и модеж ной плотностей замедлителя, а загрузка топлива и вес оболочки тепловыделяюшего элемента обратно пропорциональны квад» рату указанного отношения.

Источники -информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Ы 2598367, кл. 176-56, опублик. 1961.

2. Вейнберг А. и Вигнер Е. Физическая теория ядерных реакторов. М., 1962, с. 392.

3. Бать Г. А. и др. Температурный аффект в области 20-25ООС для некото- ых строго регулярных гетерогенных кри тических сборок. Журнал "Атомная энергия», т. 30, вып. 4, апрель, 1971, )с. 354-358 (прототип).

803721 фиг. 1

Я

1 70 ют

ВНИИПИ Заказ 10516/7 Тираж 443 Подписное

Филиал ПЛП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4