Ядерный реактор на быстрых нейтронах

Устройство относится к ядерной технике, в частности к обустройству пространства, расположенного за корпусом исследовательского реактора, а именно к боковой биологической защите реактора. Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей ядерного реактора, работающего на быстрых нейтронах, при проведении на нем исследовательских работ. Для этого ядерный реактор на быстрых нейтронах, включающий активную зону, двойной корпус с теплоизоляцией и биологическую защиту, на части периметра дополнительно содержит коаксиально расположенную тепловую колонну соответствующей конфигурации, изменяемую по ходу проведения работ за счет периодической замены типа составляющих ее материалов, размещенную непосредственно за корпусом реактора во внутренних слоях биологической защиты в пределах, соответствующих высоте и ширине активной зоны или выступающих за эти пределы на участках интенсивного воздействия излучений, и каналы, оси которых расположены как в центральной плоскости активной зоны, так и вне нее, под/или над ней, которые совпадают с осями активной зоны или идут по касательным к ее внешним границам, часть, часть из которых размещена в тепловой колонне в вертикальном и горизонтальном исполнении, а часть других каналов размещена в биологической защите на разных расстояниях от корпуса реактора. 1 илл., 5 з. п. ф-лы.

Устройство относится к ядерной технике, в частности к обустройству пространства, расположенного за корпусом исследовательского реактора, а именно к боковой биологической защите реактора.

Закорпусное пространство реакторов обычно заполнено материалами биологической защиты, решающей одну единственную задачу. Она должна полностью поглотить все проникающие через нее наружу реакторные излучения, не выпустив в окружающую среду ничего, что могло бы нанести вред персоналу.

Биологическая защита исследовательских реакторов используется не только для организации защиты персонала от проникающих реакторных излучений, но и для обеспечения физических и материаловедческих исследований.

Известен реактор РФТ (Г.А. Бать, А.С. Коченов, Л.П. Кабанов Исследовательские ядерные реакторы, Атомиздат, 1972, с. 10-12), предназначенный для изучения свойств конструкционных материалов, содержащий корпус с активной зоной, закорпусное пространство, биологическую защиту и каналы с автономными циркуляционными контурами.

Известен исследовательский реактор на быстрых нейтронах БОР-60 (Корольков А.С, Гаджиев Г.И., Ефимов В.Н. и др. «Опыт эксплуатации реакторной установки БОР-60», «Атомная энергия», т. 91 вып. 5, 2001 г., с. 363) содержащий корпус с активной зоной, биологическую защиту, вертикальные и горизонтальные экспериментальные каналы за корпусом реактора. После возведения реактора выяснилось, что в результате изменений ПКД, коснувшихся только размещения опорной решетки реактора, активная зона БОР-60 была поднята на новую высотную отметку (на 1 м выше предыдущей). Поскольку произведенные при этом изменения ПКД не коснулись горизонтальных каналов, они оказались ниже нового расположения центральной плоскости активной зоны на 1 м. В таком же положении оказались рабочие участки вертикальных каналов, высоту ниши в боковой радиационной защите перед которыми центральная плоскость активной зоны (ЦПАЗ) в предыдущем варианте размещения активной зоны должна была разделить пополам. В результате отсутствия в ПКД БОР-60 корректировки, касающейся нового размещения горизонтальных каналов и ниши перед вертикальными каналами, их рабочие участки оказалась намного ниже нового положения центральной плоскости активной зоны. Из-за этой частичной корректировки ПКД значения плотности потоков нейтронов в рабочих сечениях вертикальных и горизонтальных каналов оказались существенно ниже необходимых для проведения каких-либо приемлемых исследовательских работ. Все это существенно уменьшило функциональные возможности реактора БОР-60. Наличие в нем горизонтальных и вертикальных каналов по существу сделалось фиктивным: горизонтальные и вертикальные каналы в БОР-60 были предусмотрены, но оказались ни на что не годными (никогда не представляли интереса для исследователей).

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей ядерного реактора, работающего на быстрых нейтронах, необходимых для проведения исследовательских работ.

Для решения вышеуказанной задачи, ядерный реактор на быстрых нейтронах, включающий активную зону, двойной корпус с теплоизоляцией и биологическую защиту, на части периметра дополнительно содержит коаксиально расположенную тепловую колонну соответствующей конфигурации, изменяемую по ходу проведения работ за счет периодической замены типа составляющих ее материалов, размещенную непосредственно за корпусом реактора во внутренних слоях биологической защиты в пределах, соответствующих высоте и ширине активной зоны или выступающих за эти пределы на участках интенсивного воздействия излучений, и каналы, оси которых расположены как в центральной плоскости активной зоны, так и вне нее, под/или над ней, которые совпадают с осями активной зоны или идут по касательным к ее внешним границам, часть, часть из которых размещена в тепловой колонне в вертикальном и горизонтальном исполнении, а часть других каналов расположена в биологической защите на разных расстояниях от корпуса реактора.

Тепловая колонна предназначена для конвертирования нейтронов утечки из быстрой части спектра в тепловую, занимает часть бокового экрана и выполнена из терморадиационностойких замедляющих материалов таких, например, как реакторный графит, бериллий, гидриды циркония, титана и других, не требующих интенсивного охлаждения при их применении в биологической защите быстрых реакторов.

Наличие в составе боковой радиационной защиты предлагаемого быстрого ядерного реактора тепловой колонны позволяет из быстрых нейтронов, излучаемых его активной зоной, получить определенную долю (90-95%) тепловых нейтронов. В зависимости от радиальной толщины и состава замедлителя тепловая колонна будет обеспечивать термолизацию нейтронов утечки через конвертирование (перевод) основной части нейтронов в тепловую энергетическую часть спектра. Решение этой задачи должно сопровождаться конкретными конструктивными решениями, необходимыми для встраивания в тепловую колонну соответствующих участков, пригодных, например, для осуществления нейтронно-радиографических исследований, нейтронного активационного анализа, ядерного легирования кремния, медицинских услуг и прочего. Часть боковой защиты, свободной от тепловой колонны и совсем не содержащая тепловых нейтронов (при кадмиевом отношении равном единице), может быть использована для решения задач, связанных, например, с изучением физики деления, с нейтронно-активационным анализом в быстрой части спектра, с оказанием специальных медицинских услуг населению и т.п.

Наличие горизонтальных и вертикальных каналов в закорпусном пространстве реактора позволяет осуществлять разнообразные исследовательские и прикладные задачи.

Горизонтальные и вертикальные каналы могут содержать специальные фильтры, коллиматоры и другие экспериментальные устройства, обеспечивающие получение нейтронов различного спектра и различных энергий.

Горизонтальные и вертикальные каналы могут содержать устройства и системы для поддержания заданной температуры на различных элементах, испытываемых образцах, радиационно обрабатываемых изделиях и т.п.

Заявляемая полезная модель позволит провести разнообразное полезное использование доли этих излучений, проникающих в закорпусное пространство, одновременно решая задачу по полезному поглощению части проникших излучений, и лишь после такого применения нейтроны и гамма кванты утечки окончательно (полностью) будут поглощаться в остальных слоях боковой биологической защиты.

Предлагаемая полезная модель позволит использовать нейтроны утечки, попавшие в закорпусное пространство ИР либо такими, какими они в него проникли, либо может конвертировать (переводить) их энергию в тепловую область (более перспективную для отдельных случаев) за счет создания в первых слоях одного из секторов закорпусного пространства тепловой колонны соответствующей конфигурации, размеров и типа используемых материалов.

Горизонтальный разрез заявляемого ядерного реактора на быстрых нейтронах показан на прилагаемом рисунке, где:

1 - активная зона реактора,

2 - двойной корпус,

3 - боковая биологическая защита,

4 - тепловая колонна,

5, 6, 7, 8, 9, 10 - горизонтальные экспериментальные каналы,

11 - вертикальные экспериментальные каналы первого и второго рядов тепловой колонны.

При строительстве ядерных реактора заявляемого типа в боковой биологической защите на соответствующей высоте, относительно центральной плоскости активной зоны, необходимо предусмотреть нишу (пустоту) для размещения в ней рабочей части некоторой части вертикальных каналов. Вокруг вертикальных каналов должна быть установлены сменяемые блоки тепловой колонны, выполненные из соответствующих замедляющих материалов, размещенную непосредственно за корпусом реактора во внутренних слоях биологической защиты в пределах, соответствующих высоте и ширине активной зоны или выступающих за эти пределы на участках интенсивного воздействия излучений. В массиве боковой биологической защиты необходимо предусмотреть горизонтальные проходки соответствующего диаметра для монтажа в них закладных труб горизонтальных каналов различного назначения. Горизонтальные проходки в случае необходимости необходимо размещать как в центральной плоскости активной зоны, так и выше или ниже нее, оси которых должны совпадать с осями активной зоны или идти по касательным к ее внешним границам. Размещение каналов по касательной к зоне позволит добиться уменьшения доли гамма-квантов в общих потоках реакторных излучений, покидающих активную зону. Часть каналов может быть расположена в биологической защите на разных расстояниях от корпуса реактора

1. Ядерный реактор на быстрых нейтронах, включающий активную зону, двойной корпус, окруженный теплоизоляцией, и боковую биологическую защиту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит коаксиально расположенную тепловую колону, в составе боковой биологической защиты, изменяемую по ходу проведения работ, за счет периодической замены типа составляющих ее материалов, размещенную непосредственно за корпусом реактора во внутренних слоях биологической защиты в пределах, соответствующих высоте и ширине активной зоны или выступающих за эти пределы на участках интенсивного воздействия излучений, и каналы, оси которых расположены как в центральной плоскости активной зоны, так и вне нее, под/или над ней, которые совпадают с осями активной зоны или идут по касательным к ее внешним границам, часть из которых размещена в тепловой колонне в вертикальном и горизонтальном исполнении, а часть других каналов расположена в биологической защите на разных расстояниях от корпуса реактора.

2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что тепловая колонна выполнена из терморадиационностойких замедляющих материалов реакторного графита, бериллия, гидридов соответствующих металлов таких, например, как цирконий, титан.

3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что тепловая колонна выполнена с возможностью замены замедляющих материалов.

4. Реактор по п.1, отличающийся тем, что каналы содержат фильтры, коллиматоры и другие экспериментальные и защитные устройства для получения нейтронов различного спектра и энергий.

5. Реактор по п.1, отличающийся тем, что горизонтальные каналы содержат шиберы для прерывания пучка нейтронов и полного поглощения энергии нейтронного и гамма излучений после окончания их использования.

6. Реактор по п.1, отличающийся тем, что горизонтальные и вертикальные каналы содержат устройства и системы для поддержания заданной температуры на различных элементах, испытываемых образцах, радиационно обрабатываемых изделиях и т.п.