способ управления самогасящимся импульсным реактором

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ САМОГАСЯЩИМСЯ ИМПУЛЬСНЫМ РЕАКТОРОМ, заключающийся в генерации импульса делений при вводе избыточной реактивности с помощью импульсных стержней и последующем заглушении реактора возвращением импульсных стержней в исходное состояние, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, всю избыточную реактивность вводят поэтапно, при этом на каждом этапе, число которых меньше или равно числу импульсных стержней, генерируют импульс делений только с помощью части импульсных стержней, вводя реактивность с наперед заданной скоростью ввода, затем устанавливают регулируемую временную задержку на заглушение реактора, синхронизируя ее с моментом генерации последнего импульса делений, выдерживают реактор в этом состоянии в течение 0,1-1,0 с, а заглушают реактор только после получения последнего импульса и срабатывания установленной временной задержки на заглушение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерным реакторам, а более конкретно - к способам управления импульсными реакторами.

Известен способ управления растворным импульсным реактором "ИГРИК", заключающийся в том, что в корпус реактора заливается строго определенное количество топливного раствора и затем из активной зоны (АЗ) одновременно удаляются все импульсные стержни (ИС). В момент генерирования импульса от радиации срабатывают защитные схемы, которые дают команду на одновременное быстрое возвращение в АЗ всех ИС и относительно медленный слив топлива в хранилище.

Способ-прототип отработан за многолетнюю эксплуатацию, обеспечивает необходимые точности воспроизводства и прогнозирования параметров импульса, надежен. Однако его эксплуатационные возможности ограничены, поскольку он не позволяет облучать один и тот же образец последовательными импульсами с регулируемыми параметрами и коротким (порядка 1 с) временным интервалом между ними, так как следующий импульс делений может быть получен только после охлаждения топлива, сжигания радиолитического газа и новой заливки топлива в корпус АЗ, т.е. не ранее, чем через 1...2 ч.

Таким образом, целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей импульсного реактора.

Цель достигается тем, что в способе управления самогасящимся импульсным реактором, заключающемся в генерации импульса делений при вводе избыточной реактивности с помощью импульсных стержней и последующем заглушении реактора возвращением импульсных стержней в исходное состояние, согласно изобретению, всю избыточную реактивность вводят поэтапно, при этом на каждом этапе, число которых меньше или равно числу импульсных стержней, генерируют импульс делений только с помощью части импульсных стержней, вводя реактивность с наперед заданной скоростью ввода, затем устанавливают регулируемую временную задержку на заглушение реактора , синхронизируя ее с моментом генерации последнего импульса делений, выдерживают реактор в этом состоянии в течение 0,1-1,0 с, а заглушают реактор только после получения последнего импульса и срабатывания установленной временно задержки на заглушение.

Способ получения последовательных импульсов (в частности, двух) поясняется фиг.1,2, где показаны корпус реактора 1, внутрь которого уже залито строго определенное количество топливного раствора 2 и оставлен свободный объем 3 для разлета топлива при импульсе и для сбора радиометрического газа, выходящего из топлива. Реактор управляется пятью ИС 4-8. В исходном состоянии перед получением первого импульса все пять ИС введены в АЗ.

Для получения первого импульса из АЗ удаляются только два ИС 4 и 6, остальные три ИС 5,7,8 продолжают оставаться в АЗ. Удаление двух ИС 4 и 6 переводит реактор через мгновенную критичность на величину избыточной реактивности на _o 1,4 и генерирует импульс с энерговыделением около 25 МДж. Импульс делений формируется процессом самогашения избыточной реактивности - нагревом топлива и его тепловым расширением, а также интенсивным выделением радиолитического газа (т. е. "вскипанием" топлива) и разлетом топлива под действием силы инерциального давления. Сразу же после импульса топливо 2 разлетается и заполняет большую часть свободного объема 3, т.е. существенно изменяется критическая конфигурация и реактор становится глубоко подкритичным.

За доли секунды после первого импульса температура топлива не сможет заметно измениться и практически останется постоянной. Зато два других процесса закончатся - разлетевшийся раствор после удара о верхнюю крышку корпуса 1 вернется обратно и займет свое исходное положение 2, а радиолитический газ выйдет в свободный объем 3. Завершение этих процессов будет сопровождаться вводом реактивности, той самой, которая была потеряна в ходе вскипания и разлета топлива. В этому моменту времени сложатся благоприятные условия для получения второго импульса - реактивность реактора будет близка к запаздывающей критичности.

Для получения второго импульса из АЗ одновременно выводятся оставшиеся три ИС 5, 7, 8.

Здесь необходимо выполнить два важных условий, во-первых, момент вывода ИС должен быть заранее задан таким, чтобы разлетевшийся топливный раствор заведомо успел вернуться обратно, а из топлива успел выйти радиолитический газ. Это время, зависящее от параметров предыдущего импульса, экспериментально определено заранее и соответствующая временная установка введена в систему управления. Во-вторых, необходимо задать нужную скорость ввода реактивности. Особенность заключается в том, что все импульсы делений (кроме первого) генерируются в условиях мощного внутреннего источника нейтронов и устойчивая цепь делений (т.е. инициирование импульса) будет образована в момент перехода реактором мгновенной критичности. Для получения заданных параметров очередного импульса делений необходимо успеть ввести всю избыточную реактивность до начала гашения реактивности. Нужная для этого механическая скорость движения ИС определяется экспериментально (или расчетом по математической модели) заранее и затем реализуется при генерировании импульса. Величина скорости ввода реактивности, как правило, не менее 100 /c.

Осциллограммы (в виде графиков) двух последовательных одинаковых импульсов с временным интервалом между ними 1 с показаны на фиг.3.

Использование предлагаемого способа управления для получения последовательных импульсов позволяет расширить эксплуатационные возможности импульсного реактора и облучать один и тот же образец последовательными одинаковыми (или регулируемыми) импульсами с небольшим временным интервалом (менее 1 с); проводить исследования физических процессов при работе импульсного реактора при получении второго и последующих импульсов в условиях мощного внутреннего источника нейтронов, нестабильной формы АЗ, иной исходной температуры топлива, различного давления газа над зеркалом раствора и т.д.; проводить более широкие исследования в области нейтронного активационного анализа, изучения фазовых переходов в делящихся материалах; изучать физику процессов ядерной накачки лазера.