Кассета-экран активной зоны ядерного реактора

Техническое решение относится к области к ядерной техники, а именно к кассетам-экранам, и может быть использовано для защиты сварных швов корпуса ядерного реактора. Кассета-экран содержит головку и хвостовик, соединенные каркасом, в котором установлен пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), имеющих длину активной части меньше высоты активной зоны реактора. Технический результат - увеличение срока службы реактора, повышение безопасности и увеличение энерговыработки реактора за счет генерации дополнительной энергии.

Техническое решение относится к области к ядерной техники, а именно к кассетам-экранам, и может быть использовано для защиты сварных швов корпуса ядерного реактора, в частности типа ВВЭР.

Ядерный реактор типа ВВЭР обычно состоит из следующих узлов: активная зона, корпус, внутрикорпусные устройства (шахта, днище шахты, корзина выемная, блок защитных труб) и верхний блок. Корпус реактора включает обечайку, днище и крышку. Обечайка корпуса реактора состоит из нескольких частей, соединенных посредством сварки.

При работе реактора в его активной зоне происходит охрупчивание сварных швов корпуса реактора и срок службы корпуса значительно снижается.

Из уровня техники известно использование пустотелых кассет-экранов из нержавеющей стали для уменьшения потока нейтронов, падающих на корпус реактора (Денисов В.П., Драгунов Ю.Г. Реакторные установки ВВЭР для атомных электростанций. М.: ИздАТ, 2002, с.187-189). Такие кассеты-экраны устанавливаются в активной зоне на периферии вместо рабочих кассет. Недостатком известной кассеты-экрана является то, что она не содержит делящихся материалов и не может сгенерировать энергию.

Задачей заявленного решения является создание устройства для эффективной защиты сварных швов корпуса ядерного реактора от радиационного повреждения и генерации дополнительной энергии.

Технический результат заявленного решения заключается в увеличении срока службы реактора, повышении безопасности, и увеличении энерговыработки реактора за счет генерации дополнительной энергии.

Указанный технический результат достигается за счет того, что кассета-экран для защиты сварных швов в активной зоне корпуса ядерного реактора и генерации энергии содержит головку и хвостовик, соединенные полым каркасом, в котором установлен пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), имеющих длину активной части меньше высоты активной зоны реактора.

Кроме того, указанный технический результат достигается за счет того, что:

- пучок ТВЭЛов закреплен на опорной решетке, установленной в каркасе.

- ТВЭЛы дистанционированы с помощью решеток из циркониевого сплава.

- длина активной части каждого ТВЭЛа равна или меньше его длины.

- пучок ТВЭЛов установлен таким образом, что активная часть каждого ТВЭЛа расположена в верхней части каркаса со стороны головки.

- пучок ТВЭЛов установлен таким образом, что активная часть каждого ТВЭЛа расположена в нижней части каркаса со стороны хвостовика.

- активная часть каждого ТВЭЛа состоит из нескольких участков, разделенных неактивными участками.

- головка и хвостовик выполнены из нержавеющей стали.

Основной функцией кассеты-экрана является защита от радиационного повреждения сварного шва корпуса реактора, расположенного в районе активной зоны. Однако, на достаточном удалении от сварного шва кассету-экран можно использовать для генерации энергии, что приведет к увеличению энерговыработки АЭС. С этой целью в кассету-экран загружают делящийся материал в виде тепловыделяющих элементов.

Различные варианты выполнения предложенной кассеты-экраны, размещенной в корпусе ядерного реактора, схематично показаны на фиг.1 (а-з). Кассеты-экраны 1 устанавливаются в корпусе 2 реактора, имеющего сварные швы 3. Каждая из кассет-экранов 1 включает головку 4, хвостовик 5, и соединяющий их силовой каркас 6. В каркасе 6 на опорной решетке 7 установлен пучок тепловыделяющих элементов 8 (ТВЭЛов), имеющих длину активной части 9 меньше высоты активной зоны реактора. ТВЭлы в пучке дистанционированы с помощью дистанционирующих решеток (ДР) из циркониевого сплава (на чертежах не показаны).

Головка и хвостовик предпочтительно выполняют из нержавеющей стали. Каркас может быть выполнен в виде чехла, или образован ДР, или центральной трубой (ЦТ), или может быть выполнен из уголков, ДР, ЦТ и несущих труб.

В конструкции кассеты-экрана возможно использование укороченных тепловыделяющих элементов 8 и удлиненного хвостовика 5 (фиг. б, в). Возможно выполнение и с обычным хвостовиком 5 (фиг.1 г.) При расположении сварного шва корпуса реактора (например, типа ВВЭР) в верхней части активной зоны можно соответственно удлинить головку 4 кассеты-экрана (фиг.1 е, ж), но можно и не удлинять (фиг.1 з). Возможен вариант использования ТВЭЛов с длиной как в рабочей кассете, но с укороченной активной частью (фиг.1 а, д). Длина активной части каждого ТВЭЛа должна быть равна или меньше его длины. Активная часть каждого ТВЭЛа может быть расположена как в верхней (фиг.1 а), так и в нижней (фиг.1 д) части каркаса. Неактивная часть ТВЭЛа заполняется, например, стальными стержнями.

Активная часть может состоять из нескольких частей, разделенных неактивными участками (на чертежах не показано). При этом хвостовик 5 и головка 4 не изменяются.

Таким образом, конструкция заявленного устройства обеспечивает надежную защиту сварных швов корпуса ядерного реактора (в частности, типа ВВЭР) и одновременно обеспечивает выработку дополнительной энергии.

1. Кассета-экран активной зоны корпуса ядерного реактора, содержащая головку и хвостовик, соединенные каркасом, в котором установлен пучок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), имеющих длину активной части меньше высоты активной зоны реактора.

2. Кассета-экран по п.1, отличающаяся тем, что пучок ТВЭЛов закреплен на опорной решетке, установленной в каркасе.

3. Кассета-экран по п.1, отличающаяся тем, что ТВЭЛы дистанционированы с помощью решеток из циркониевого сплава.

4. Кассета-экран по п.1, отличающаяся тем, что длина активной части каждого ТВЭЛа равна или меньше его длины.

5. Кассета-экран по п.1, отличающаяся тем, что пучок ТВЭЛов установлен таким образом, что активная часть каждого ТВЭЛа расположена в верхней части каркаса со стороны головки.

6. Кассета-экран по п.1, отличающаяся тем, что пучок ТВЭЛов установлен таким образом, что активная часть каждого ТВЭЛа расположена в нижней части каркаса со стороны хвостовика.

7. Кассета-экран по п.1, отличающаяся тем, что активная часть каждого ТВЭЛа состоит из нескольких участков, разделенных неактивными участками.