Содержание материала

Активная зона БР содержит также сборки боковой зоны воспроизводства, регулирующих стержней и защиты. Ниже обсуждаются основные особенности их конструкций. Более полное рассмотрение содержится в [25].

А. СБОРКИ ЗОНЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА

Основное назначение сборок воспроизводства, как следует из названия, заключается в превращении сырьевого материала (обедненного урана) в делящийся материал посредством реакции захвата. Сборки зон воспроизводства располагаются вокруг активной зоны и выполняют вспомогательную функцию защиты внешней конструкции реактора. По внешнему виду они вполне подобны тепловыделяющим сборкам активной зоны. Те и другие имеют гексагональную форму и примерно одинаковую длину, часто выполнены из одинакового конструкционного материала. В сборках зоны воспроизводства обычно предусмотрена некоторая полость для сбора газообразных продуктов деления, поскольку небольшая часть делений происходит также в зонах воспроизводства.

Рис. 8.20. Типичная конструкция регулирующей сборки твэлов реактора с жидкометаллическим теплоносителем: а — поглощающий элемент, б — поглощающая часть сборки; в — общий вид сборки; 1 -нижняя полость; 2 — проволочная навивка; 3— оболочка; 4—верхний наконечник; 5 — пружина; 6 — верхняя полость; 7—внутренний чехол; 8 — наружный чехол; 9 — нижний наконечник; 10 — устройство крепления твэлов; 11 — отверстия; 12 — поглощающие стержни; 13 — крепежная крышка; 14 — устройство для захвата; 15 - защитные блоки; 16 — сопло; 17 — опорное кольцо; 18 — входное отверстие
Существенное отличие сборок зоны воспроизводства от сборок активной зоны заключается в низкой плотности энерговыделения (из-за низкого обогащения и малого потока нейтронов2. Поэтому диаметр твэлов может быть увеличен, при этом линейная тепловая нагрузка не будет выше, чем в твэлах активной зоны, а стоимость изготовления снижается. На практике твэлы зоны воспроизводства конструируются с существенно большим диаметром (примерно в 2 раза), чем твэлы активной зоны (см. табл. 8.1). Вследствие этого их число в сборке получается гораздо меньшим.
Из-за увеличенного диаметра твэлы в сборках зоны воспроизводства оказываются более жесткими. Эти сборки, если они расположены на границе с активной зоной или в самой активной зоне (в гетерогенном варианте), оказываются в условиях сильного градиента энергораспределения. Сочетание жесткости конструкции и температурного перепада в сборке приводит к сильному механическому взаимодействию между твэлами и соответственно между пучком твэлов и чехлом сборки. В этой связи проблема прочности встает особенно остро. Следует отметить, что в сборках с сырьевым материалом, расположенных в активной зоне (в гетерогенном варианте), температурные градиенты не столь велики, как в сборках боковой зоны воспроизводства. Зато обнаруживается влияние быстрых изменений мощности и температуры в процессе нормальной работы реактора. Поэтому срок службы этих сборок может оказаться сокращенным в большей степени из-за действия переходных процессов, чем длительного стационарного облучения.

14)   образует единичный модуль, допускающий сравнительно простые конструкционные способы загрузки и формирования активной зоны в пределах системы ее механического крепления;

  1. препятствует распространению локальной аварии, связанной с разрушением нескольких твэлов внутри сборки.

В гетерогенном варианте ряд сборок с сырьевым материалом содержится также внутри активной зоны.

2 Сборки внутренней зоны воспроизводства в гетерогенном варианте могут находиться в большом потоке нейтронов. Однако плотность энерговыделения в них будет значительно ниже, чем в сборках гомогенной активной зоны.

Б. СБОРКИ ОРГАНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Органы регулирования выполняют три основные функции: 1) компенсацию реактивности в течение цикла; 2) пуск и остановку реактора в нормальных условиях; 3) аварийное глушение.
Органы регулирования обычно содержат карбид бора В4С (см. гл. 11), хотя могут использоваться и другие материалы. Бор является сильным поглотителем нейтронов за счет реакции 10В, в которой идет выделение энергии и образуется газообразный гелий. По этой причине требуется охлаждение борных стержней и необходимо предусматривать газовую полость для сбора гелия, чтобы уменьшить давление.


Рис. 8.21. Радиационная защита корпуса бака в CRBRP: 1 — опорная конструкция, 2—активная зона; 3 — регулирующая сборка; 4- элементы бокового крепления активной зоны; 5 — сборка боковой зоны воспроизводства; 6 — подвижная защитная сборка; 7 — стационарная защита; 8 — обечайка активной зоны; 9 — реакторный бак; 10 — чехол подвижной защитной сборки; 11 — защитные стержни
Поглощающий элемент (пэл) состоит из таблеток поглотителя, заключенных в стальную трубку, как показано на рис. 8.20. Диаметр оболочки пэла сравним с диаметром твэла зоны воспроизводства (примерно в 2 раза больше, чем у твэла активной зоны). Пучок пэлов в обычном гексагональном порядке помещают в чехол гексагональной формы с двойной стенкой. Внутренний чехол перемещается внутри наружного неподвижного чехла. В некоторых конструкциях в стенке внутреннего чехла просверливается большое число отверстий, что способствует перетечкам натрия между твэлами и улучшает механические характеристики.

В. СБОРКИ ЗАЩИТЫ

Во всех конструкциях БР вокруг боковой зоны воспроизводства размещаются сборки защиты. Их цель — защитить реакторный бак и оборудование от нейтронного и γ-излучений. На рис. 8.21 показан общий вид защитных сборок на примере проекта CRBRP. Они продолжают гексагональную структуру заполнения реакторного объема и служат буфером при передаче усилий между активной зоной и системой ее крепления. Аналогичные подвижные сборки защиты используются в быстрый реактор-размножитель бакового типа, но тогда они имеют большую длину. Это связано с необходимостью защиты натрия в контуре промежуточного теплообменника, расположенного внутри бака (см. рис. 12.6).
В БР обычно имеются защитные сборки двух типов — извлекаемые и неподвижные. Как следует из названия, извлекаемые сборки могут заменяться с течением времени, тогда как неподвижные рассчитаны на время жизни реактора. Они расположены в последних рядах, где флюенс минимальный. К этому вопросу мы вернемся в § 12.4.