RU2522139C2

RU2522139C2 - Reactor assembly

Info

Publication number: RU2522139C2
Application number: RU2012110339/07A
Authority: RU
Inventors: Олег Николаевич Морозов
Original assignee: Олег Николаевич Морозов
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2014-07-10
Also published as: WO2013180598A1; RU2012110339A

Abstract

FIELD: physics, atomic power.

SUBSTANCE: invention relates to nuclear power engineering, specifically to nuclear reactors, and can be used to produce heat and electric power, to burn transuranium nuclides and produce nuclear fuel and radioactive preparations. The reactor assembly comprises a reactor with a core inside the reactor housing. The cooling loop includes a heat exchanger connected to a coolant circulation line and a container for emergency discharge of fuel solution connected to the core. The core is formed in the reactor housing in form of two cavities separated by a partition wall. The cavities are linked to each other in the lower part of the reactor housing by a slit formed between the lower edge of the partition wall and the bottom of the housing, and in the upper part by pipes, each fitted with a circulation pump. The assembly is equipped with at least one container placed in one of the cores and connected to the heat exchanger of the cooling loop of the core.

EFFECT: continuous cycle of the assembly, keeping radioactive substances inside the housing.

3 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к ядерным реакторам, и может быть использовано для получения тепловой, электрической энергии, для сжигания трансурановых нуклидов, а также для получения ядерного топлива и радиоактивных препаратов.The invention relates to nuclear energy, namely to nuclear reactors, and can be used to produce thermal, electric energy, to burn transuranic nuclides, as well as to produce nuclear fuel and radioactive drugs.

Известна ядерная энергетическая установка, содержащая корпус с крышкой, в котором размещены активная зона и парогенератор, отделенные друг от друга обечайкой. Над крышкой реактора установлен герметичный колпак, внутри которого размещен теплообменник второго-третьего контура, окруженный снаружи обечайкой, установленной с зазором относительно внутренней поверхности колпака и разделяющей отверстия в крышке реактора, через которые проходит питательная вода в опускные питательные трубы и отверстия, через которые проходит пар, выходящий из подъемных паровых труб парогенератора. Часть внутриреакторного пространства отделена от первого контура реактора оболочкой, имеющей форму стакана, и соединена с объемом первого контура через отверстия или трубу и образует компенсатор давления первого контура.Known nuclear power plant containing a housing with a lid, which houses the active zone and the steam generator, separated from each other by the shell. A sealed cap is installed above the reactor cover, inside of which there is a second-third circuit heat exchanger, surrounded by a shell around the outside, with a gap relative to the inner surface of the cap and dividing openings in the reactor cover, through which feed water passes into the lower feed pipes and openings through which steam passes exiting the steam lift tubes of the steam generator. A part of the in-reactor space is separated from the primary reactor loop by a cup-shaped shell and connected to the volume of the primary loop through openings or a pipe and forms a pressure compensator of the primary loop.

В процессе работы установки заполняют теплоносителем внутриреакторный объем корпуса и через отверстия часть пространства между корпусом и оболочкой. Далее подают газ в компенсатор давления и создают в первом контуре начальное давление, после чего производят разогрев реактора. Теплоноситель первого контура, нагреваясь в активной зоне, поднимается внутри обечайки и поступает в парогенератор, где, охладившись, опускается в пространстве между обечайкой и оболочкой под активную зону. Теплоноситель второго контура, нагреваясь в парогенераторе, превращается в пар и поднимается по подъемным паровым трубам через отверстия в крышке в кольцевой зазор между разделительной оболочкой и герметичным колпаком и поступает в теплообменник второго-третьего контура, где отдает тепло третьему контуру и конденсируется. Конденсат через отверстия в крышке поступает в опускные питательные трубы и в парогенератор.During the operation of the installation, the internal reactor volume of the body is filled with the coolant and, through the holes, part of the space between the body and the shell. Then gas is supplied to the pressure compensator and initial pressure is created in the primary circuit, after which the reactor is heated. The primary coolant, heating up in the core, rises inside the shell and enters the steam generator, where, having cooled, it falls in the space between the shell and the shell under the core. The coolant of the second circuit, when heated in the steam generator, turns into steam and rises through the lifting steam pipes through the holes in the lid in the annular gap between the separation shell and the sealed cap and enters the heat exchanger of the second or third circuit, where it transfers heat to the third circuit and condenses. Condensate flows through the openings in the lid into the lowering feed pipes and into the steam generator.

(см. патент РФ, №2040051, Кл. G21C 1/00, 1995 г.)(see RF patent, No. 2040051, CL. G21C 1/00, 1995)

В результате анализа выполнения известной реакторной установки необходимо отметить, что она обладает низким КПД и для ее функционирования необходима периодическая загрузка сырья в активную зону.As a result of the analysis of the implementation of the known reactor installation, it should be noted that it has a low efficiency and for its operation, periodic loading of raw materials into the active zone is necessary.

Известна реакторная установка, состоящая из активной зоны, помещенной в корпус отражателя нейтронов, и трубопровода, в котором установлен циркуляционный насос, связанного с теплообменником, соединенным с сепаратором. Установка оснащена смесителем, связанным с сепаратором, а выход смесителя соединен трубопроводом с активной зоной, с которой также связана емкость (бак) аварийного сброса топливного раствора, погруженная в бак системы пассивного отвода тепла. Активная зона, циркуляционный насос, теплообменник, сепаратор, смеситель объединены трубопроводами в единый контур циркуляции топливного раствора (первый контур циркуляции). Сепаратор связан также со смесителем трубопроводами, через которые в смеситель поступают из сепаратора соответственно жидкометаллический теплоноситель и очищенное ядерное топливо. К одному из трубопроводов подсоединен бак подпитки ядерным топливом. Выходы сепаратора предназначены для вывода отсепарированных продуктов распада топливного раствора. Теплообменник имеет выходы для подсоединения полезной нагрузки (второй контур циркуляции). Активная зона помещена в корпус отражателя нейтронов, внутри которого образован зазор, в зазоре циркулирует раствор ядерного сырья, служащий отражателем нейтронов. Данный зазор посредством трубопроводов через циркуляционный насос связан с сепаратором, оснащенным баком подпитки свежим ядерным сырьем и трубопроводом отвода ядерного топлива. Данный зазор также связан с теплообменником, имеющим выходы для подключения системы циркуляции охладителя. Полость зазора, насос, сепаратор, теплообменник объединены трубопроводами и образуют контур циркуляции через зазор сырьевого раствора в жидком металле (третий контур циркуляции) для охлаждения активной зоны.A reactor installation is known, consisting of an active zone placed in a neutron reflector housing and a pipeline in which a circulation pump is installed connected to a heat exchanger connected to a separator. The installation is equipped with a mixer connected to the separator, and the mixer outlet is connected by a pipeline to the active zone, which also has a capacity (tank) for emergency discharge of the fuel solution, immersed in the tank of the passive heat removal system. The core, circulation pump, heat exchanger, separator, mixer are connected by pipelines into a single circuit of the fuel solution circulation (first circulation circuit). The separator is also connected to the mixer by pipelines, through which respectively the liquid metal coolant and the purified nuclear fuel enter the mixer from the separator. A fuel tank is connected to one of the pipelines. The separator outputs are designed to output the separated decay products of the fuel solution. The heat exchanger has outputs for connecting the payload (second circulation circuit). The active zone is placed in the neutron reflector case, inside of which a gap is formed, a solution of nuclear raw materials circulating in the gap serving as a neutron reflector. This gap is connected through pipelines through a circulation pump to a separator equipped with a fresh nuclear feed tank and a nuclear fuel removal pipe. This gap is also associated with a heat exchanger having outputs for connecting a cooler circulation system. The gap cavity, pump, separator, heat exchanger are combined by pipelines and form a circulation loop through the gap of the raw material solution in the liquid metal (third circulation loop) to cool the core.

В процессе работы реакторной установки, как правило, одновременно функционируют все ее контуры. Топливный раствор постоянно прокачивается через активную зону циркуляционным насосом и, проходя через активную зону, ядерное топливо вступает в цепную реакцию благодаря наличию вокруг нее отражателя нейтронов и оптимальной форме активной зоны. В ходе цепной реакции теплоноситель с ядерным топливом разогревается до высокой температуры и поступает в теплообменник, оставаясь при этом внутри труб первого контура циркуляции. Сразу по выходу из активной зоны цепная реакция прекращается из-за того, что отсутствие отражателя и форма труб создают большую потерю нейтронов. Поэтому после выхода из активной зоны топливный раствор действует как теплоноситель. Раствор поступает в теплообменник, где отдает свое тепло хладагенту, прокачиваемому через теплообменник по трубам второго контура циркуляции. Разогретый хладагент данного контура может использоваться, например, для обогрева помещений и/или получения электроэнергии, для чего в него могут встраиваться турбина и электрогенератор.During the operation of the reactor installation, as a rule, all its circuits function simultaneously. The fuel solution is constantly pumped through the active zone by a circulation pump and, passing through the active zone, nuclear fuel enters a chain reaction due to the presence of a neutron reflector around it and the optimal shape of the active zone. During the chain reaction, the coolant with nuclear fuel is heated to a high temperature and enters the heat exchanger, while remaining inside the pipes of the primary circulation circuit. Immediately upon leaving the core, the chain reaction ceases due to the fact that the absence of a reflector and the shape of the tubes create a large loss of neutrons. Therefore, after leaving the core, the fuel solution acts as a coolant. The solution enters the heat exchanger, where it transfers its heat to the refrigerant pumped through the heat exchanger through the pipes of the second circulation circuit. The heated refrigerant of this circuit can be used, for example, for heating rooms and / or generating electricity, for which a turbine and an electric generator can be built into it.

Охлажденный раствор ядерного топлива, прошедший через теплообменник первого контура, поступает в сепаратор, где происходит разделение раствора на составляющие - ядерное топливо отделяется от жидкометаллического теплоносителя и продуктов распада. Жидкометаллический теплоноситель поступает через трубопровод в смеситель, туда же через трубопровод поступает очищенное от продуктов распада ядерное топливо, где они снова смешиваются. При необходимости осуществляется подпитка смеси ядерным топливом из бака. Концентрация делящегося изотопа в растворе определяется текущими задачами и с помощью смесителя может гибко меняться в ходе работы в очень широком диапазоне. Из смесителя раствор с ядерным топливом снова поступает в активную зону реактора посредством циркуляционного насоса и далее работа продолжается аналогично изложенному выше.The cooled solution of nuclear fuel passing through the primary heat exchanger enters the separator, where the solution is divided into components - the nuclear fuel is separated from the liquid metal coolant and decay products. The liquid metal coolant enters through the pipeline to the mixer, and the nuclear fuel purified from decay products enters the mixer through the pipeline, where they are mixed again. If necessary, the mixture is replenished with nuclear fuel from the tank. The concentration of the fissile isotope in the solution is determined by current tasks and, with the help of a mixer, can be flexibly changed during operation over a very wide range. From the mixer, the solution with nuclear fuel again enters the reactor core by means of a circulation pump, and then work continues similarly to the above.

В процессе работы реактора, сырьевой раствор, циркулирующий в корпусе (в зазоре), охлаждает активную зону реактора снаружи, предохраняя ее, таким образом, от перегрева. Это позволяет достигать больших температур внутри активной зоны без угрозы ее расплавления. При необходимости охлаждения сырьевого раствора, нагретого при контакте с активной зоной, в третьем контуре (циркуляции сырья) устанавливают теплообменник, который обеспечивает снижение температуры сырьевого раствора и получение дополнительного количества тепла.During the operation of the reactor, the raw material solution circulating in the housing (in the gap) cools the reactor core from the outside, thus protecting it from overheating. This allows you to reach high temperatures inside the core without the threat of melting. If it is necessary to cool the raw material solution heated in contact with the active zone, a heat exchanger is installed in the third circuit (raw material circulation), which ensures a decrease in the temperature of the raw material solution and additional heat.

(см. патент РФ на полезную модель №90609, кл. G21C 1/24 2010 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent for utility model No. 90609, class G21C 1/24 of 2010) - the closest analogue.

В результате анализа конструкции данной установки необходимо отметить, что данная конструкция реактора обеспечивает эффективный отвод тепла из активной зоны, при этом, все тепло, произведенное в активной зоне, немедленно выводится из нее вместе с топливным раствором, в котором оно и производится, и поступает в теплообменник, эффективность теплоотдачи которого с помощью известных средств можно сделать практически любой. Это позволяет поднять энергонапряженность и температуру в активной зоне.As a result of the analysis of the design of this installation, it should be noted that this design of the reactor provides effective heat removal from the core, while all the heat produced in the core is immediately removed from it together with the fuel solution in which it is produced, and enters a heat exchanger, the heat transfer efficiency of which using known means can be done almost any. This allows you to increase the energy intensity and temperature in the core.

При необходимости аварийной остановки реактора весь разогретый топливный раствор сбрасывается в бак аварийного сброса. Здесь цепная реакция прекращается из-за большой потери нейтронов, а остаточное тепло передается водяной рубашке и уходит на ее испарение. Таким образом, аварийное «расхолаживание» реактора происходит без участия каких-либо перекачивающих систем. Это гарантирует расхолаживание реактора даже при аварийном отключении энергии и остановке циркуляционных насосов.If necessary, emergency shutdown of the reactor, all the heated fuel solution is discharged into the emergency dump tank. Here, the chain reaction ceases due to a large loss of neutrons, and the residual heat is transferred to the water jacket and goes to its evaporation. Thus, the emergency "cooling down" of the reactor occurs without the participation of any pumping systems. This ensures that the reactor is cooled down even in the event of an emergency power outage and shutdown of the circulation pumps.

Однако данная установка имеет проходящий вне корпуса реактора протяженный первый контур, в котором вместе с теплоносителем циркулируют ядерное топливо и высокорадиоактивные продукты деления. Протяженность первого контура повышает вероятность его течи, а вместе с ней и опасность прорыва высокорадиоактивных веществ в окружающую среду или в теплоноситель второго контура. Это понижает безопасность реактора. Также наличие только двух контуров затрудняет применение в первом контуре теплоносителей, активно взаимодействующих с нейтронами (например, натрия или жидких расплавов некоторых солей). При прохождении активной зоны такой теплоноситель становится радиоактивным и может заражать радиоактивностью теплоноситель второго контура, который передаст радиоактивность, например, турбогенератору и приведет к облучению персонала.However, this installation has an extended primary circuit extending outside the reactor vessel, in which nuclear fuel and highly radioactive fission products circulate together with the coolant. The length of the primary circuit increases the likelihood of leakage, and with it the risk of breakthrough of highly radioactive substances in the environment or in the coolant of the secondary circuit. This reduces the safety of the reactor. Also, the presence of only two loops makes it difficult to use coolants actively interacting with neutrons in the first loop (for example, sodium or liquid melts of some salts). With the passage of the active zone, such a coolant becomes radioactive and can infect the coolant of the second circuit, which will transmit radioactivity, for example, to a turbogenerator and lead to personnel irradiation.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка реакторной установки, функционирующей в непрерывном цикле, обладающей высоким КПД, безопасной в эксплуатации, в которой радиоактивные вещества (особенно продукты распада), циркулируя по первому контуру, всегда остаются внутри корпуса реактора. Это предотвращает их попадание в окружающую среду, повышая безопасность реактора. Наличие промежуточного контура циркуляции делает возможным безопасное применение в первом контуре веществ, активно взаимодействующих с нейтронами. Такими веществами являются, например, натрий или соли щелочных металлов. При наличии трех контуров теплоноситель третьего контура при всех условиях защищен от заражения радиоактивностью.The technical result of the present invention is the development of a reactor facility operating in a continuous cycle, with high efficiency, safe in operation, in which radioactive substances (especially decay products), circulating along the primary circuit, always remain inside the reactor vessel. This prevents them from entering the environment, increasing reactor safety. The presence of an intermediate circuit makes it possible to safely use substances actively interacting with neutrons in the first circuit. Such substances are, for example, sodium or alkali metal salts. In the presence of three loops, the coolant of the third loop under all conditions is protected from contamination by radioactivity.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в реакторной установке, содержащей реактор, в корпусе которого размещена активная зона, контур ее охлаждения, включающий теплообменник, связанный с линией циркуляции хладагента, а также связанную с активной зоной емкость для аварийного сброса топливного раствора, новым является то, что активная зона реактора образована в корпусе реактора в виде двух полостей, разделенных установленной в корпусе перегородкой, причем полости сообщаются друг с другом в нижней части корпуса реактора посредством щели, образованной между нижним срезом перегородки и дном корпуса, и в верхней части посредством циркуляционных трубопроводов, причем установка оснащена как минимум одной емкостью, связанной с теплообменником контура охлаждения активной зоны и размещенной в одной из полостей активной зоны. В активной зоне может быть установлено несколько емкостей, каждая из которых связана с линией циркуляции хладагента.The specified technical result is ensured by the fact that in a reactor installation containing a reactor in the housing of which an active zone is located, its cooling circuit including a heat exchanger connected with a refrigerant circulation line, as well as a tank for emergency dumping of a fuel solution connected with an active zone, is new that the reactor core is formed in the reactor vessel in the form of two cavities separated by a partition installed in the vessel, the cavities communicating with each other in the lower part of the reactor vessel osredstvom gap formed between a lower cutoff wall and bottom of the body, and in the upper part by means of circulation pipes, wherein the installation is equipped with at least one capacitance associated with the core coil and a cooling circuit disposed in one of the cavities of the core. In the core, several tanks can be installed, each of which is connected to the refrigerant circulation line.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials on which:

- на фиг.1 - реакторная установка/ общий вид;- figure 1 - reactor installation / General view;

- на фиг.2 - реакторная установка, вид сбоку, осевой разрез;- figure 2 is a reactor installation, side view, axial section;

- на фиг.3 - реакторная установка, горизонтальный разрез по центральной части реактора.- figure 3 - reactor installation, horizontal section along the Central part of the reactor.

Реакторная установка содержит реактор, объем корпуса 1 которого является активной зоной. Объем корпуса 1 перегородкой 2 разделен на две полости. Наиболее целесообразно с точки зрения технологичности изготовления и эксплуатации, чтобы корпус 1 имел цилиндрическую форму, что вовсе не означает, что его форма не может быть иной, например овальной или многогранной. Размеры корпуса могут быть различными и диктуются, в основном, функциональным назначением установки. Перегородка 2 выполнена таким образом, что образует замкнутый объем, например, имеет в поперечном сечении форму цилиндра, овала или многогранника. Перегородка установлена в корпусе 1 реактора таким образом, что ее нижний (в плоскости чертежа) срез расположен на некотором расстоянии от дна корпуса 1, образуя щель 3. Форма перегородки, как правило, повторяет форму корпуса 1 и расположена в корпусе таким образом, что их поверхности эквидистантны. Это наиболее технологично. Полость, образованную внутренней поверхностью стенки корпуса 1 и наружной поверхностью стенки перегородки 2, обозначим «а», а полость внутри перегородки - «б». Полости «а» и «б» сообщены друг с другом в нижней части реактора через щель 3, как уже было отмечено выше, а в верхней - посредством циркуляционных трубопроводов 4. В трубопроводе установлен циркуляционный насос 5. Количество трубопроводов 4 может быть различным и зависит, в основном, от размеров реактора. Полости «а», «б» и трубопроводы 4 с циркуляционными насосами 5 образуют первый контур циркуляции, предназначенный для циркуляции топливного раствора. Весьма важно, что данный контур не выходит за пределы реактора.The reactor installation contains a reactor, the volume of the housing 1 of which is the active zone. The volume of the housing 1 by a partition 2 is divided into two cavities. The most appropriate from the point of view of manufacturability and operation, so that the housing 1 had a cylindrical shape, which does not mean at all that its shape cannot be different, for example oval or multifaceted. The dimensions of the case can be different and are dictated mainly by the functional purpose of the installation. The partition 2 is made in such a way that it forms a closed volume, for example, has in the cross section the shape of a cylinder, oval or polyhedron. The partition is installed in the reactor vessel 1 in such a way that its lower (in the drawing plane) section is located at some distance from the bottom of the vessel 1, forming a gap 3. The shape of the partition, as a rule, repeats the shape of the vessel 1 and is located in the vessel so that surfaces are equidistant. This is the most technologically advanced. The cavity formed by the inner surface of the wall of the housing 1 and the outer surface of the wall of the partition 2 is denoted by “a”, and the cavity inside the partition is “b”. Cavities “a” and “b” are communicated with each other in the lower part of the reactor through the slot 3, as already noted above, and in the upper part by means of circulation pipelines 4. A circulation pump 5 is installed in the pipeline. The number of pipelines 4 can be different and depends on mainly from the size of the reactor. Cavities "a", "b" and pipelines 4 with circulation pumps 5 form a first circulation circuit designed to circulate the fuel solution. It is very important that this circuit does not go beyond the reactor.

В полости «а» установлены емкости (например, баллоны) 6, трубопроводами 7 связанные с теплообменниками 8. В трубопроводах, связывающих их, установлены циркуляционные насосы 9. Емкости 6, теплообменники 8 и связывающие их трубопроводы образуют второй контур циркуляции, предназначенный для циркуляции теплоносителя, не содержащего ядерных компонентов (например, соль, жидкий металл и т.д.). Количество емкостей и теплообменников данного контура может быть различным и зависит, в основном, от размеров реактора, его производительности, вида используемого топливного раствора. Теплообменник 8 (каждый теплообменник, если их несколько) трубопроводами 10 связан с линией (не показана) циркуляции посредством циркуляционных насосов (не показаны) хладагента (например, воды). Это третий контур циркуляции. Он предназначен для охлаждения теплоносителя второго контура и подачи нагретого до заданной температуры хладагента (воды) третьего контура на дальнейшее использование (в турбину энергоблока для получения электрической энергии или тепловую сеть для обеспечения теплом и горячей водой потребителей).In the cavity “a”, containers (for example, cylinders) 6, pipelines 7 connected to heat exchangers 8 are installed. Circulation pumps 9 are installed in the pipelines connecting them. Tanks 6, heat exchangers 8 and pipelines connecting them form a second circulation circuit designed to circulate the coolant not containing nuclear components (e.g. salt, liquid metal, etc.). The number of tanks and heat exchangers of this circuit can be different and depends mainly on the size of the reactor, its productivity, the type of fuel solution used. The heat exchanger 8 (each heat exchanger, if there are several) by pipelines 10 is connected to a circulation line (not shown) by means of circulation pumps (not shown) of a refrigerant (for example, water). This is the third circuit. It is intended for cooling the coolant of the second circuit and supplying the refrigerant (water) of the third circuit heated to a predetermined temperature for further use (in the turbine of a power unit for generating electric energy or a heating network for providing consumers with heat and hot water).

Полости «а» и «б» трубопроводом (позицией не обозначен) связаны с емкостью (баком) 11 аварийного сброса топливной смеси. Емкость 11 помещена в емкость 12 (бак) пассивного отвода тепла. Емкостей 11 и 12 может быть несколько.Cavities "a" and "b" by a pipeline (not indicated by the position) are connected to the tank (tank) 11 of the emergency discharge of the fuel mixture. Capacity 11 is placed in capacity 12 (tank) of passive heat removal. Tanks 11 and 12 may be several.

Топливный раствор, используемый в установке, представляет собой теплоноситель, в качестве которого могут быть использованы жидкий металл (например, натрий, висмут и т.д.) или расплав какого-либо химического соединения (например, соли). В теплоноситель вводится ядерное топливо (уран, плутоний, торий) или его химическое соединение (соль, оксид, карбид, нитрид и т.д.).The fuel solution used in the installation is a coolant, which can be used as a liquid metal (for example, sodium, bismuth, etc.) or the melt of any chemical compound (for example, salt). Nuclear fuel (uranium, plutonium, thorium) or its chemical compound (salt, oxide, carbide, nitride, etc.) is introduced into the coolant.

Реакторная установка работает следующим образом.The reactor installation operates as follows.

Для работы установки полости «а» и «б» корпуса 1 реактора заполняют доверху топливным расплавом или раствором. Включают циркуляционные насосы 5, которые засасывают разогретый теплоноситель из верхней части полости «б» и перекачивают его через трубы 4 в верхнюю часть полости «а». По нему горячий теплоноситель спускается вниз, обтекая и разогревая емкости 6, и через щель 3 поступает снова в нижнюю часть полости «б», внутренний объем активной зоны. Здесь он поднимается снизу вверх к циркуляционным насосам. Таким образом, топливный раствор циркулирует по первому контуру, который целиком расположен в корпусе 1 реактора. Внутри активной зоны, благодаря оптимальной геометрии корпуса (т.е. такой, что при данном объеме площадь ее поверхности близка к минимальной, например к сферической) и наличию отражателя (в статике он не обозначен), протекает ядерная реакция. Она разогревает ядерное топливо и теплоноситель первого контура до высокой температуры. Из-за конвекции разогретая топливная смесь поднимается вверх, облегчая работу циркуляционных насосов. Здесь разогретая смесь всасывается циркуляционными насосами 5 и по трубам 4 поступает в полость "а" активной зоны. Здесь под действием силы тяжести и под напором насосов смесь опускается вниз, отдавая по дороге тепло емкостям 6 второго контура циркуляции и нагревая теплоноситель второго контура. Далее частично остывшая топливная смесь через щель 3 поступает в нижнюю часть полости "б" и снова поднимается вверх на вход циркуляционных насосов 5.For the operation of the installation, the cavities “a” and “b” of the reactor vessel 1 are filled to the top with fuel melt or solution. Turn on the circulation pumps 5, which suck in the heated coolant from the upper part of the cavity "b" and pump it through pipes 4 to the upper part of the cavity "a". On it, the hot heat carrier goes down, flowing around and warming up the containers 6, and through the slot 3, the internal volume of the active zone enters again into the lower part of the cavity “b”. Here it rises from the bottom up to the circulation pumps. Thus, the fuel solution circulates along the primary circuit, which is entirely located in the reactor vessel 1. Inside the core, due to the optimal geometry of the body (i.e., such that for a given volume, its surface area is close to the minimum, for example spherical) and the presence of a reflector (it is not indicated in statics), a nuclear reaction proceeds. It heats nuclear fuel and primary coolant to a high temperature. Due to convection, the heated fuel mixture rises, facilitating the operation of the circulation pumps. Here, the heated mixture is absorbed by the circulation pumps 5 and through the pipes 4 enters the cavity "a" of the active zone. Here, under the influence of gravity and under the pressure of the pumps, the mixture drops down, giving off heat to the tanks 6 of the second circulation circuit along the road and heating the coolant of the second circuit. Next, the partially cooled fuel mixture through the slot 3 enters the lower part of the cavity "b" and again rises up to the inlet of the circulation pumps 5.

Теплоноситель второго контура, прокачиваемый насосами 9 через баллоны 6 снизу - вверх, разогревается и через трубы 7 поступает в теплообменник 8, где отдает тепло теплоносителю третьего контура, а сам, частично остывший, поступает снова на вход насосов 9. Теплоноситель третьего контура (например, вода), прокачиваемый снизу - вверх по трубам 10 насосами (не показаны), отбирает тепло у теплоносителя второго контура и передает его на полезную нагрузку.The coolant of the second circuit, pumped by the pumps 9 through the cylinders 6 from the bottom to the top, heats up and passes through the pipes 7 to the heat exchanger 8, where it transfers heat to the coolant of the third circuit, while partially cooled, it goes back to the inlet of the pumps 9. The coolant of the third circuit (for example, water), pumped from the bottom - up the pipes by 10 pumps (not shown), takes heat from the coolant of the second circuit and transfers it to the payload.

Разогретый хладагент данного контура может использоваться, например, для обогрева помещений и/или получения электроэнергии, для чего в него могут встраиваться турбина и электрогенератор.The heated refrigerant of this circuit can be used, for example, for heating rooms and / or generating electricity, for which a turbine and an electric generator can be built into it.

Наряду с производством тепла данный реактор может использоваться для трансмутации в его активной зоне долгоживущих радиоактивных отходов. В его топливную смесь первого контура могут вводиться продукты распада, оставшиеся от твердотвэльных реакторов (например минорные актиниды). Здесь они под воздействием нейтронов будут трансмутировать в менее опасные вещества, годные уже для безопасного захоронения. Такой реактор-пережигатель способен радикально изменить состав и количество отходов радиохимической промышленности, сделать доступным их надежное захоронение.Along with heat production, this reactor can be used to transmute long-lived radioactive waste in its core. Decomposition products remaining from solid-state reactors (e.g. minor actinides) can be introduced into its primary fuel mixture. Here, under the influence of neutrons, they will transmute into less hazardous substances, which are already suitable for safe disposal. Such a reactor-burner is capable of radically changing the composition and amount of waste from the radiochemical industry, making their reliable disposal possible.

Несомненным достоинством конструкции данной установки является то, что среда, циркулирующая по каждому контуру, не смешивается со средами других контуров.The undoubted advantage of the design of this installation is that the medium circulating along each circuit does not mix with the media of other circuits.

Все агрегаты реакторной установки, испускающие в ходе работы радиоактивное излучение (например, активная зона, теплообменники, контуры циркуляции и т.д.), закрываются отражателем и биозащитой (не показаны), защищающими персонал от излучений.All units of the reactor installation that emit radioactive radiation during operation (for example, the core, heat exchangers, circulation circuits, etc.) are closed by a reflector and bioprotection (not shown) that protect personnel from radiation.

Данная конструкция реактора имеет то преимущество, что в ней решена принципиальная проблема, возникающая при эксплуатации ядерных реакторов, - эффективный отвод тепла. Реактор может производить тепло в любом количестве, но только при условии, чтобы все образующееся при этом огромное количество тепла из него немедленно отводилось.This design of the reactor has the advantage that it solves the fundamental problem that arises from the operation of nuclear reactors - efficient heat dissipation. The reactor can produce heat in any quantity, but only on condition that all the huge amount of heat generated in this process is immediately removed from it.

При данной конструкции реактора все тепло, произведенное в активной зоне, немедленно выводится из нее вместе с топливным раствором, в котором оно и производится, и передается второму контуру, где эффективность теплоотдачи с помощью известных средств можно сделать практически любой. Это позволяет поднять энергонапряженность и температуру в активной зоне до какого угодно высокого уровня. Практическим пределом повышения температуры в активной зоне является только тугоплавкость материалов, из которых изготовлены стенки активной зоны и первого контура.With this design of the reactor, all the heat produced in the core is immediately removed from it together with the fuel solution in which it is produced and transferred to the second circuit, where practically any heat transfer efficiency can be done using known means. This allows you to raise the energy intensity and temperature in the core to any desired high level. The practical limit of temperature increase in the core is only the refractoriness of the materials from which the walls of the core and the primary loop are made.

Так как внутри активной зоны нет ни тепловыделяющих элементов, ни каких-либо конструкций, то нет и угрозы их расплавления. Такому реактору не страшны аварии с потерей теплоносителя, так как это означает и потерю ядерного топлива с неизбежной остановкой реактора.Since there are neither fuel elements nor any structures inside the core, there is no threat of their melting. Such a reactor is not afraid of accidents with loss of coolant, since this also means the loss of nuclear fuel with the inevitable shutdown of the reactor.

При необходимости аварийной остановки реактора весь разогретый топливный раствор сбрасывается в бак 11 аварийного сброса, погруженный в бак 12 системы пассивного отвода тепла, заполненной водой, подпитываемой по трубопроводу (не показан). Здесь цепная реакция прекращается из-за большой потери нейтронов, а остаточное тепло передается водяной рубашке и уходит на ее испарение. Таким образом, аварийное «расхолаживание» реактора происходит без участия каких-либо перекачивающих систем. Это гарантирует расхолаживание реактора даже при аварийном отключении энергии и остановке циркуляционных насосов.If necessary, an emergency shutdown of the reactor, all the heated fuel solution is discharged into the emergency discharge tank 11, immersed in the tank 12 of the passive heat removal system filled with water fed through a pipeline (not shown). Here, the chain reaction ceases due to a large loss of neutrons, and the residual heat is transferred to the water jacket and goes to its evaporation. Thus, the emergency "cooling down" of the reactor occurs without the participation of any pumping systems. This ensures that the reactor is cooled down even in the event of an emergency power outage and shutdown of the circulation pumps.

В первый контур циркуляции (или параллельно с ним) могут встраиваться устройства (не показаны), которые могут в режиме реального времени изменять топливный состав, удаляя из него продукты распада и добавляя свежее ядерное топливо. Процесс перезагрузки топлива, как и выведение из него радиоактивных отходов, может таким образом осуществляться без остановки реактора, поэтому он не подвержен отравлению продуктами распада и может постоянно работать на максимальной мощности, а коэффициент использования топлива у него может быть близок к 100%.Devices (not shown) can be built into the first circulation circuit (or in parallel with it) that can change the fuel composition in real time, removing decay products from it and adding fresh nuclear fuel. The process of fuel reloading, as well as the removal of radioactive waste from it, can thus be carried out without shutting down the reactor, therefore it is not susceptible to poisoning by decay products and can constantly operate at maximum power, and its fuel efficiency can be close to 100%.

Выводимые из реактора радиоактивные отходы могут идти на переработку с выделением из них ценных радиоактивных препаратов.Radioactive waste removed from the reactor can be reprocessed with the release of valuable radioactive preparations from them.

Вокруг активной зоны такого реактора может быть расположено ядерное сырье, например уран-238 или торий-232 (не показано), которое под воздействием нейтронов, излучаемых реактором, будет превращаться в ядерное топливо.Around the core of such a reactor can be located nuclear raw materials, such as uranium-238 or thorium-232 (not shown), which, under the influence of neutrons emitted by the reactor, will be converted into nuclear fuel.

Таким образом, данная реакторная установка может производить несколько видов продукции, то есть является многофункциональной.Thus, this reactor installation can produce several types of products, that is, it is multifunctional.

Claims

Реакторная установка, содержащая реактор, в корпусе которого размещена активная зона для топливного раствора, контур ее охлаждения, включающий теплообменник, связанный с линией циркуляции хладагента, а также связанную с активной зоной емкость для аварийного сброса топливного раствора, отличающаяся тем, что активная зона реактора образована в корпусе реактора в виде двух полостей, разделенных установленной в корпусе перегородкой, причем полости сообщаются друг с другом в нижней части корпуса реактора посредством щели, образованной между нижним срезом перегородки и дном корпуса, и в верхней части посредством одного или нескольких циркуляционных трубопроводов, каждый из которых имеет возможность соединения с насосом, причем установка оснащена как минимум одной емкостью, связанной с теплообменником контура охлаждения активной зоны и размещенной в одной из полостей активной зоны. A reactor installation comprising a reactor, in the housing of which there is an active zone for a fuel solution, a cooling circuit comprising a heat exchanger connected to a refrigerant circulation line, and also a tank for emergency discharge of a fuel solution connected with an active zone, characterized in that the reactor core is formed in the reactor vessel in the form of two cavities separated by a partition installed in the vessel, the cavities communicating with each other in the lower part of the reactor vessel by means of a gap formed between at the lower section of the partition and the bottom of the housing, and in the upper part through one or more circulation pipelines, each of which has the ability to connect to the pump, and the installation is equipped with at least one tank associated with the heat exchanger of the cooling circuit of the active zone and placed in one of the cavities of the active zones.