Ядерний реактор (варіанти), паливна збірка із запально-відтворюючих модулів для ядерного реактора (варіанти) і паливний елемент паливної збірки

Є ще 9 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Паливна збірка легководного реактора, яка має в плані форму правильного шестикутника і яка містить запальний модуль, відтворюючий модуль, що оточує його, головку, хвостовик і силовий каркас, при цьому запальний модуль містить пучок паливних елементів, кожен з яких має сердечник, що включає збагачений уран або енергетичний плутоній, при цьому сердечник охоплений зовні оболонкою з цирконієвого сплаву, і має трипелюстковий профіль, що створює гвинтові дистанціонуючі ребра, хвостову частину запального модуля із закріпленими на ній опорними ґратами для фіксації паливних елементів запального модуля, сполучений з хвостовою частиною запального модуля кожух, що має в плані форму правильного шестикутника і розташований навколо пучка паливних елементів, закріплені на кожусі в його верхній частині направляючі ґрати для установки паливних елементів з можливістю їх вільного осьового переміщення, центральну трубку, що утворює направляючий канал для розміщення в ньому засобів контролю, і закріплені на опорних ґратах периферійні трубки, що утворюють направляючі канали для введення поглинаючих стрижнів і стрижнів аварійного захисту і встановлені в головці з можливістю пружного осьового зсуву, при цьому відтворюючий модуль містить силовий каркас, утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами із закріпленими на них дистанціонуючими ґратами, що мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха запального модуля, встановлений в силовому каркасі пучок паливних елементів, виконаних з торію з додаванням збагаченого урану, і хвостову частину відтворюючого модуля, в якій закріплені паливні елементи відтворюючого модуля, виконану з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора, при цьому хвостова частина відтворюючого модуля і хвостова частина запального модуля зв'язані між собою за допомогою роз'ємного з'єднання і утворюють хвостовик паливної збірки.

2. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач з цирконію або його сплаву, що має в поперечному перерізі форму правильного трикутника.

3. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 до 20 % довжини паливного елемента.

4. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що паливні елементи запального модуля орієнтовані в окружному напрямі так, що принаймні в одному поперечному перерізі пучка паливних елементів трипелюсткові профілі будь-яких двох суміжних паливних елементів мають загальну площину симетрії, що проходить через осі цих же суміжних паливних елементів.

5. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235.

6. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %.

7. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що головка забезпечена натискним елементом, що контактує з кожухом запального модуля.

8. Паливна збірка легководного реактора, яка має в плані форму правильного шестикутника і яка містить запальний модуль, відтворюючий модуль, що оточує його, головку, хвостовик, виконаний з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора, і силовий каркас, при цьому запальний модуль містить пучок паливних елементів, кожен з яких має сердечник, що включає збагачений уран або енергетичний плутоній, при цьому сердечник охоплений зовні оболонкою з цирконієвого сплаву і має трипелюстковий профіль, що утворює гвинтові дистанціонуючі ребра, хвостову частину запального модуля із закріпленими на ній опорними ґратами для фіксації паливних елементів запального модуля, сполучений з хвостовою частиною запального модуля кожух, що має в плані форму правильного шестикутника і розташований навколо пучка паливних елементів, закріплені на кожусі в його верхній частині направляючі ґрати для установки паливних елементів з можливістю їх вільного осьового переміщення, центральну трубку, що утворює направляючий канал для розміщення в ньому засобів контролю, і периферійні трубки, що утворюють направляючі канали для введення поглинаючих стрижнів і стрижнів аварійного захисту і встановлені в головці з можливістю пружного осьового зсуву, при цьому відтворюючий модуль містить силовий каркас, утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами із закріпленими на них дистанціонуючими ґратами, що мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха запального модуля, встановлений в силовому каркасі пучок паливних елементів, виконаних з торію з додаванням збагаченого урану і закріплених на хвостовику, а також декілька силових трубок, закріплених на хвостовику, при цьому головка оснащена засобом, що забезпечує можливість пружного осьового зсуву вказаних силових трубок.

9. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач з цирконію або його сплаву, що має в поперечному перерізі форму правильного трикутника.

10. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 до 20 % довжини паливного елемента.

11. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що паливні елементи запального модуля орієнтовані в окружному напрямі так, що принаймні в одному поперечному перерізі пучка паливних елементів трипелюсткові профілі будь-яких двох суміжних паливних елементів мають загальну площину симетрії, що проходить через осі цих же суміжних паливних елементів.

12. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235.

13. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %.

14. Легководний реактор, який містить безліч паливних збірок, який відрізняється тим, що містить принаймні одну паливну збірку за пп. 1-7.

15. Легководний реактор за п. 14, який відрізняється тим, що всі паливні збірки виконані за пп. 1-7.

16. Легководний реактор, який містить безліч паливних збірок, який відрізняється тим, що містить принаймні одну паливну збірку за пп. 8-13.

17. Легководний реактор за п. 16, який відрізняється тим, що всі паливні збірки виконані за пп. 8-13.

18. Паливний елемент паливної збірки ядерного реактора, що містить сердечник, до складу якого входить збагачений уран або енергетичний плутоній, і оболонку, що охоплює його, який відрізняється тим, що має багатопелюстковий профіль.

19. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що має трипелюстковий профіль.

20. Паливний елемент за п. 19, який відрізняється тим, що пелюстки профілю утворюють гвинтові дистанціонуючі ребра

21. Паливний елемент за п. 20, який відрізняється тим, що крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 до 20 % довжини паливного елемента.

22. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що оболонка виконана з цирконієвого сплаву.

23. Паливний елемент за п. 19, який відрізняється тим, що уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач, що має в поперечному перерізі форму правильного трикутника.

24. Паливний елемент за п. 23, який відрізняється тим, що витіснювач виконаний з цирконію або його сплаву.

25. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що сердечник виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235.

26. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %.

Текст

Реферат: Винахід належить до конструкцій легководних ядерних реакторів, в яких як паливо застосовується торій, зокрема, до конструкцій безчохлових тепловиділяючих збірок, з яких сформовані активні зони водо-водних енергетичних реакторів, таких як реактор ВВЕР-1000. У активній зоні ядерного реактора, що містить паливну збірку (2) із запального і відтворюючого модулів, спалюється торієве паливо у відтворюючому модулі разом із звичайним реакторним паливом, що включає непроліферативний збагачений уран або енергетичний плутоній в запальному модулі. Запальний модуль містить пучок паливних елементів із збагаченого урану або енергетичного плутонію, при цьому кожен паливний елемент має трипелюстковий профіль, що створює гвинтові дистанціонуючі ребра. Вказаний пучок паливних елементів встановлений в кожусі. Кожух з пучком паливних елементів запального модуля встановлений у відтворюючому модулі, який включає силовий каркас з шістьма подовжніми кутовими елементами (41) і дистанціонуючими ґратами (42), що мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха запального модуля. У силовому каркасі розташований пучок паливних елементів, виконаних з торію з додаванням збагаченого урану. Опорна частина (9) хвостовика (8) відтворюючого модуля виконана з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора. Запальний і відтворюючий модулі мають в плані форму правильного шестикутника. Також паливна збірка містить головку (7) з пружинним блоком для підтискання її до опорного стакана реактора і запобігання спливанню паливних елементів при протіканні теплоносія. Запальний і відтворюючий модулі можуть бути зв'язані між собою за допомогою замкового з'єднання або не мати жорсткого механічного зв'язку. Конструкція паливної збірки відповідно до винаходу забезпечує її повну сумісність з існуючими паливними збірками, використовуваними в реакторах ВВЕР-1000. Розбірність двосекційної паливної збірки дозволяє забезпечити незалежне перевантаження запального модуля, при цьому можливість частішого UA 98370 C2 (12) UA 98370 C2 перезавантаження запального модуля створює найбільш сприятливі умови (по нейтронному балансу і тривалості опромінювання) для торію у відтворюючому модулі. UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься в цілому до конструкцій легководних ядерних реакторів, в яких як паливо застосовується торій, зокрема, до конструкцій безчохлових тепловиділяючих збірок, з яких сформовані активні зони водо-водних енергетичних реакторів, таких як реактор ВВЕР1000. Ядерна енергія залишається сьогодні важливим енергетичним ресурсом у всьому світі. Багато країн, що не мають достатніх місцевих копалин паливних ресурсів, покладаються, в основному, на ядерну енергію для отримання електрики. У багатьох інших країнах ядерна енергія використовується як конкуруюче джерело отримання електрики, яке також збільшує різноманітність використовуваних видів енергії. Крім того, ядерна енергія також вносить дуже важливий внесок до досягнення таких цілей, як управління забрудненням навколишнього середовища, пов'язаним з викопним паливом (наприклад, кислотні дощі, глобальне потеплення), і збереження викопного палива для майбутніх поколінь. Не дивлячись на те, що безпека безумовно є головним питанням при конструюванні і експлуатації ядерних реакторів, інше головне питання полягає в небезпеці розповсюдження матеріалів, які можуть використовуватись в ядерній зброї. Це особливо стосується країн з нестабільними урядами, чиє володіння ядерною зброєю може створити значну загрозу світовій безпеці. Тому ядерна енергія повинна вироблятися і використовуватися так, щоб це не приводило до розповсюдження ядерної зброї і ризику її використання, що виникає в результаті. Всі наявні в даний час ядерні реактори створюють велику кількість матеріалу, який прийнято називати реакторним плутонієм. Наприклад, звичайний реактор на 1000 Мвт створює близько 200-300 кг в рік реакторного плутонію, який може бути придатний для виготовлення ядерної зброї. Таким чином, паливо, вивантажене з активної зони звичайних реакторів, є матеріалом, що сильно розмножується, і потрібні запобіжні засоби для того, щоб вивантажене паливо не потрапило до рук тих осіб, які не мають права їм володіти. Схожа проблема безпеки існує також у зв'язку з величезними запасами збройового плутонію, які створені в США і в країнах колишнього CPCP при демонтажі ядерної зброї. Інша проблема, пов'язана з роботою звичайних ядерних реакторів, пов'язана з постійною необхідністю поховання довгоживучих радіоактивних відходів, а також з швидким виснаженням світових ресурсів природної уранової сировини. Для вирішення вищезазначених проблем останнім часом були зроблені спроби створити ядерні реактори, які працюють на відносно невеликих кількостях непроліферативного збагаченого урану (збагачений уран має вміст U-235 20 % або менш) і не виробляють значних кількостей матеріалів, що розмножуються, таких як плутоній. Приклади таких реакторів розкриті в міжнародних заявках WO 85/01826 і WO 93/16477, в яких розкриті реактори з подвійною активною зоною, що містить запальну зону і зону відтворення, які отримують значний відсоток своєї потужності із зон відтворення з торієм як паливом. Зони відтворення оточують по кругу запальну зону, в якій знаходяться паливні стрижні з непроліферативного збагаченого урану. Уран в паливних стрижнях запальної зони виділяє нейтрони, які захоплюються торієм в зонах відтворення, завдяки чому створюється здібний до ядерного ділення U-233, який згорає на місці і виділяє тепло для силової установки реактора. Використання торія як палива для ядерного реактора є привабливим, оскільки запаси торія в світі значно перевищують запаси урану. Крім· того, обидва вказаних вище реактори є "непроліферативними" в тому сенсі, що ані початкове завантажуване паливо, ані паливо, вивантажуване в кінці кожного паливного циклу, не підходять для виробництва ядерної зброї. Це досягається за рахунок того, що застосовується тільки непроліферативний збагачений уран як паливо запальної зони, причому обираються співвідношення об'ємів сповільнювач/паливо, які зводять до мінімуму утворення плутонію, і додається невелика кількість непроліферативного збагаченого урану в зону відтворення, в якій компонент U-238 однорідно змішується з тим, що залишається в кінці циклу відтворення U-233 і "денатурує" (змінює природні властивості) U-233, внаслідок цього він стає непридатним для виготовлення ядерної зброї. На жаль, жодна з вказаних вище конструкцій реактора не є істинно "непроліферативною". Зокрема, виявлено, що обидві ці конструкції приводять до рівня утворення проліферативного плутонію в запальній зоні, що перевищує мінімально можливий рівень. Використання кругової запальної зони з внутрішньою або центральною зоною відтворення і зовнішньою навколишньою зоною відтворення не може забезпечити роботу реактора як "непроліферативного" реактора, оскільки тонка кругова запальна зона має відповідно невелику "оптичну товщину", яка приводить до того, що спектр (нейтронів) запальної зони домінуватиме над значно жорсткішим спектром внутрішньої і зовнішньої зон відтворення. Це приводить до виникнення в запальній зоні більшої частки надтеплових нейтронів і більшому, ніж мінімальна кількість, виробництву плутонію, що розмножується. 1 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Обидві ці попередні конструкції реактора, крім того, не оптимізовані, виходячи із стандартної точки робочих параметрів. Наприклад, відносини об'ємів сповільнювач/паливо в запальній зоні і зонах відтворення особливо критичні для отримання в запальній зоні мінімальної кількості плутонію, для того, щоб з паливних стрижнів запальної зони виділялася адекватна кількість тепла і забезпечувалося оптимальне перетворення торія в U-233 в зоні відтворення. Дослідження показали, що переважні значення відношення сповільнювач/паливо, вказані в цих міжнародних заявках, дуже високі в запальних зонах і дуже низькі в зонах відтворення. Попередні конструкції активної зони реактора також не особливо ефективні при споживанні непроліферативного збагаченого урану в паливних елементах запальної зони. В результаті, паливні стрижні, вивантажені в кінці кожного циклу палива запальної зони, містили так багато урану, що залишився, що їх потрібно було переробляти для повторного використання в іншій активній зоні реактора. Реактор, розкритий в заявці WO 93/16477, також вимагає збірної механічної схеми управління реактором, яка робить невідповідним його для переоснащення ним активної зони звичайного реактора. Аналогічно, активна зона реактора, розкритого в заявці WO 85/01826, не може бути легко перенесена в звичайну активну зону, оскільки її конструктивні параметри не сумісні з параметрами звичайної активної зони. І нарешті, обидві попередні конструкції реакторів були сконструйовані спеціально для спалювання непроліферативного збагаченого урану з торієм, і вони не підходять для споживання великої кількості плутонію. Отже, жодна з цих конструкцій не забезпечує вирішення проблеми по накопиченому плутонію, що зберігається. Відомий реактор по патенту RU 2176826 з активною зоною, що включає безліч запальновідтворюючих модулів, кожен з яких містить центральну запальну зону, причому запальна зона включає паливні елементи запальної зони, виконані з матеріалу, здатного до ядерного ділення, містить уран-235 і уран-238, кругову зону відтворення, навколишню запальну зону і включає паливні елементи зони відтворення, що містять переважно торій і 10 % за об'ємом або менше збагаченого урану, сповільнювач в запальній зоні, причому відношення об'ємів сповільнювача до палива знаходиться в діапазоні значень від 2,5 до 5,0, і сповільнювач в зоні відтворення, причому відношення сповільнювача до палива знаходиться в діапазоні значень 1,5-2,0. При цьому кожен з паливних елементів запальної зони складається із сплаву уран-цирконій, а запальна зона складає 25-40 % від загального об'єму кожного запально-відтворюючого модуля. Відомий реактор забезпечує оптимальну роботу з погляду економічності і не є "проліферативним". Цей реактор може бути використаний для споживання великих кількостей плутонію з торієм, не створюючи при цьому відходів, що є проліферативними матеріалами. При цьому даний реактор утворює значно менші кількості високорадіоактивних відходів, Внаслідок чого значно зменшуються потреби в місцях тривалого зберігання відходів. Проте використовувані в даному реакторі запально-відтворюючі модулі не пристосовані для використання їх в існуючих легководних реакторах типу ВВЕР-1000. с опису до патенту RU 2222837 відома паливна збірка легководного реактора, аналогічного описаному вище реактору, яка має, зокрема, шестикутну форму поперечного перетину, що дозволяє встановити вказану паливну збірку із запально-відтворюючих модулів в звичайний легководний реактор. Проте, окрім вказівки на форму поперечного перетину збірки, в описі до вказаного вище патенту не міститься інформація про конструктивне виконання збірки, що дозволяє встановити її в існуючий легководний реактор типу ВВЕР-1000 без внесення яких-небудь змін до конструкції реактора. Відома паливна збірка легководного реактора по патенту RU 2294570, що містить пучок тепловиділяючих елементів і направляючих каналів, розміщених в дистанціонуючих ґратах, хвостовик і головку, причому дистанціонуючі ґрати сполучені між собою і з хвостовиком елементами, розташованими по довжині тепловиділяючої збірки, а головка складається зі сполучених верхньої і нижньої плит, обичайки, розташованої між згаданими плитами, і пружинного блоку, при цьому обичайка головки забезпечена зовнішніми ребрами, сполученими між собою по виступаючих частинах ободом і по нижніх частинах -перфорованими пластинами. Відома паливна збірка відноситься до конструкцій безчохлових тепловиділяючих збірок, з яких сформовані активні зони водо-водних енергетичних реакторів, таких як ВВЕР-1000, і має підвищені експлуатаційні якості за рахунок підвищеної жорсткості, зменшеної довжини головки і збільшеного вільного простору між пучком тепловиділяючих елементів і головкою з одночасним збільшенням довжини тепловиділяючих елементів. Це дозволяє збільшити завантаження в паливну збірку палива з більшою глибиною вигорання і, тим самим, збільшити потужність активної зони реактора, а також тривалість експлуатації тепловиділяючої збірки. 2 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Протеїв цій збірці всі тепловиділяючі елементи виконані з традиційно використовуваного в реакторах типу ВВЕР-1000 матеріалу, що ділиться, отже, реактору з такими збірками властивий описаний вище недолік - створення великої кількості реакторного плутонію. Завданням винаходу є створення паливної збірки, яка, з одного боку, виробляє значну частину своєї потужності в зоні відтворення з торієм як паливом і не створює при її використанні відходів, що є проліферативними матеріалами, а з іншого боку - може бути встановлена в існуючий легководний реактор типу ВВЕР-100 без необхідності його істотної модифікації. Вказане завдання відповідно до одного з варіантів здійснення винаходу вирішується тим, що паливна збірка легководного реактора, що має в плані форму правильного шестикутника, містить запальний модуль, що оточує його відтворюючий модуль, головку, хвостовик і силовий каркас, при цьому запальний модуль містить пучок паливних елементів, кожен з яких має сердечник, що містить збагачений уран або енергетичний плутоній, при цьому сердечник охоплений зовні оболонкою з цирконієвого сплаву і має трипелюстковий профіль, що створює гвинтові дистанціонуючі ребра; хвостову частину запального модуля із закріпленими на ній опорними ґратами для фіксації паливних елементів запального модуля; сполучений з хвостовою частиною запального модуля кожух, що має в плані форму правильного шестикутника і розташований навколо пучка паливних елементів; закріплені на кожусі в його верхній частині направляючі ґрати для установки паливних елементів з можливістю їх вільного осьового переміщення; центральну трубку, що утворює направляючий канал для розміщення в нім засобів контролю, і закріплені на опорних ґратах периферійні трубки, створюючі направляючі канали для введення поглинаючих стрижнів і стрижнів аварійного захисту і встановлені в головці з можливістю пружного осьового зсуву; при цьому відтворюючий модуль включає силовий каркас, утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами із закріпленими на них дистанціонуючими ґратами, що мають в центральній зоні отвір для розташування в нім кожуха запального модуля; встановлений в силовому каркасі пучок паливних елементів, виконаних з торія з додаванням збагаченого урану; і хвостову частину відтворюючого модуля, в якій закріплені паливні елементи відтворюючого модуля, виконану з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора, при цьому хвостова частина відтворюючого модуля і хвостова частина запального модуля зв'язані, між собою за допомогою роз'ємного з'єднання і утворюють хвостовик паливної збірки. При цьому головка може бути забезпечена натискним елементом, що контактує з кожухом запального модуля. У іншому варіанті здійснення винаходу паливна збірка, що має в плані форму правильного шестикутника, містить запальний модуль, що оточує його відтворюючий модуль, головку, хвостовик, виконаний з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора, і силовий каркас, при цьому запальний модуль містить пучок паливних елементів, кожен з яких має сердечник, що включає збагачений уран або енергетичний плутоній, при цьому сердечник охоплений зовні оболонкою з цирконієвого сплаву, і має трипелюстковий профіль, що створює гвинтові дистанціонуючі ребра; хвостову частину запального модуля із закріпленими на ній опорними ґратами для фіксації паливних елементів запального модуля; сполучений з хвостовою частиною запального модуля кожух, що має в плані форму правильного шестикутника і розташований навколо пучка паливних елементів; закріплені на кожусі в його верхній частині направляючі ґрати для установки паливних елементів з можливістю їх вільного осьового переміщення; центральну трубку, що утворює направляючий канал для розміщення в нім засобів контролю, і периферійні трубки, що утворюють направляючі канали для введення поглинаючих стрижнів і стрижнів аварійного захисту і встановлені в головці з можливістю пружного осьового зсуву; при цьому відтворюючий модуль включає силовий каркас, утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами із закріпленими на них дистанціонуючими ґратами, що мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха запального модуля; встановлений в силовому каркасі пучок паливних елементів, виконаних з торія з додаванням збагаченого урану і закріплених на хвостовику; а також декілька силових трубок, закріплених на хвостовику, при цьому головка забезпечена засобом, що забезпечує можливість пружного осьового зсуву вказаних силових трубок. Принаймні в одному з вказаних варіантів здійснення винаходу переважно уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач з цирконію або його сплаву, що має в поперечному перетині форму правильного трикутника, що сприяє більш рівномірному розподілу температур в об'ємі сердечника. Також принаймні в одному з вказаних варіантів здійснення винаходу крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 % до 20 % довжини паливного елементу. 3 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Крім того, принаймні в одному з вказаних варіантів здійснення винаходу паливні елементи запального модуля орієнтовані в окружному напрямі так, що принаймні в одному поперечному перетині пучка паливних елементів трипелюсткові профілі будь-яких двох суміжних паливних елементів мають загальну площину симетрії, що проходить через осі цих же суміжних паливних елементів. Також принаймні в одному з вказаних варіантів здійснення винаходу сердечник переважно виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235, а сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %. Крім того, об'єктом винаходу є легководний реактор, що містить безліч паливних збірок, щонайменше одна з яких виконана відповідно до одного з описаних вище варіантів виконання. При цьому в реакторі можуть бути встановлені як декілька, так і всі паливні збірки відповідно до описаних вище варіантів виконання. Особливості і переваги даного винаходу будуть очевидні з подальшого детального опису його переважних варіантів здійснення з урахуванням креслень, що додаються, на яких: Фіг.1 - схемна ілюстрація поперечного перетину активної зони ядерного реактора, що містить паливні збірки, виконані згідно даного винаходу; Фіг.2 - загальний вигляд збоку паливної збірки відповідно до першого варіанту здійснення винаходу з частковими розрізами; Фіг.3 - головка паливної збірки за Фіг.2 в подовжньому розрізі в збільшеному масштабі; Фіг.4 - хвостовик паливної збірки за Фіг.2 в подовжньому розрізі в збільшеному масштабі; Фіг.5 - поперечний перетин паливного елементу запального модуля; Фіг.6 - поперечний перетин по A-A паливної збірки за Фіг.2; Фіг.7 - загальний вигляд збоку паливної збірки відповідно до другого варіанту здійснення винаходу з частковими розрізами; Фіг.8 - головка паливної збірки за Фіг.7 в подовжньому розрізі в збільшеному масштабі; Фіг.9 - хвостовик паливної збірки за Фіг.7 в подовжньому розрізі в збільшеному масштабі. На Фіг.1 показана активна зона 1 ядерного реактора, що містить безліч паливних збірок 2, що включають запальну зону і зону відтворення, з яких формують гексагональну конфігурацію, причому самі паливні збірки мають в плані форму правильного шестикутника. Активна зона 1 має таку ж геометричну конфігурацію і розміри, що і в звичайному легководному реакторі ВВЕР1000, так що можна переоснастити цей реактор такими збірками і сформувати активну зону з 163 паливних збірок 2. Відмінність між активною зоною 1 і активною зоною реактора ВВЕР-1000 полягає в складі і конструкції паливних збірок 2, як це буде розкрито нижче детальніше. Показані тут активна зона 1 і паливні збірки 2 розроблені для використання в звичайному легководному реакторі ВВЕР-1000, проте подібні активна зона і паливні збірки можуть бути сформовані для використання в інших єдиної складальної одиниці. Крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер 16 вибраний з умови взаємного розташування осей суміжних паливних елементів 10 на відстані, що дорівнює діаметру описаного кола в поперечному перетині паливного елементу, і складає від 5 % до 20 % довжини паливного елементу. Стабільність розміщення паливних елементів 10 по висоті забезпечується: внизу - опорними ґратами 11; вгорі - направляючими ґратами 13; по висоті активної зони - системою бандажів (не показані), розміщених в кожусі рівномірно по висоті пучка. Паливні елементи 10 запального модуля орієнтовані в окружному напрямі так, що принаймні в одному поперечному перетині пучка паливних елементів трипелюсткові профілі будь-яких двох суміжних паливних елементів мають загальну площину симетрії, що проходить через осі цих же суміжних паливних елементів (Фіг.5). Крім того, запальний модуль містить центральну трубку 18, створюючу направляючий канал для розміщення в нім засобів контролю, і закріплені на опорних ґратах 13 периферійні трубки 19, що створюють направляючі канали для введення поглинаючих елементів органів регулювання і аварійного захисту на основі карбіду бору (B4C) і титанату диспрозія (Dу2О3·TiO2) (не показані) і стрижнів вигоряючого поглинача на основі карбіду бору або окислу гадолінію (Gd2О3) (не показані) і встановлені в головці 7 з можливістю пружного осьового зсуву. Створюючі направляючі канали периферійні трубки 19 виконані з цирконієвого сплаву. Головка 7 (Фіг.3) складається з пружинного блоку, що включає заздалегідь стислі пружини 20, верхньої плити 21, обичайки 22 і нижньої плити 23. Обичайка 22 складається з двох телескопічно сполучених частин: верхньої частини 24, жорстко пов'язаної з верхньою плитою 21, і нижньої частини 25, жорстко пов'язаної з нижньою плитою 23. Усередині обичайки 22 розташований пружинний блок, що включає пружини 20. Периферійні трубки 19 вставлені у втулки 26 і виконані з можливістю дії на нижні торці цих втулок (наприклад, за рахунок наявності 4 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сходинки на зовнішній поверхні трубки 19). Втулки 26 мають фланець, в який упираються пружини стиснення пружинного блоку 20. Інші кінці пружин 20 упираються у верхню плиту 21. Верхні частини трубок 19 вільно проходять через отвори у верхній плиті 21, а втулки 26 - через отвори в нижній плиті 23. На верхніх кінцях трубок 19 є упори 27. Центральна трубка 18 встановлена аналогічно периферійним трубкам 19 з тією лише відмінністю, що вона вільно проходить через нижню плиту без використання втулки. При цьому пружина 20, через яку проходить центральна трубка 18, упирається безпосередньо в нижню плиту 23 головки 7. Для обмеження відстані між плитами 21 і 23 на нижній плиті 23 закріплено стягування 2 8 з упором 29 на верхньому кінці, причому стягування 28 вільно проходить через отвір у верхній плиті 21. До нижньої плити 23 головки прикріплений натискний елемент 30, що контактує з кожухом 12 запального модуля 5. Таким чином, прикладене до верхньої плити 21 навантаження при зафіксованому від осьового переміщення кожусі 12 передається на опорні ґрати 11 як через периферійні трубки 19, так і безпосередньо через кожух 12. Головка може бути виконана без втулок 26. В цьому випадку всі пружини 20 пружинного блоку упираються в нижню плиту 23, а периферійні трубки 19 вільно проходять через відповідні отвори в нижній плиті 23 (аналогічно центральній трубці 18). При цьому все прикладене до верхньої плити 21 навантаження при зафіксованому від переміщення кожусі 12 передається на опорні ґрати 11 безпосередньо через кожух 12. Хвостова частина запального модуля 5 (Фіг.4) містить скріплений з кожухом 12 замковий пристрій 31, що включає циліндрову стінку 32 з отворами 33, встановлені в отворах кульки 34 і встановлений рухомо в осьовому напрямі замикаючий елемент 35 з кільцевою канавкою 36. Замковий пристрій 31, що забезпечує з'єднання запального модуля 5 з хвостовою частиною 37 стандартних або спеціально спроектованих реакторах не виходячи за рамки даного винаходу. Активна зона 1 оточена відбивачем 3, який переважно складається з безлічі збірок 4 відбивача. Кожна збірка 4 відбивача переважно містить суміш води і металу корзини активної зони/ємності високого тиску. Крім того, кожна збірка 4 відбивача може бути також виконана переважно з оксиду торія. На Фіг.2 показаний загальний вид першого варіанту виконання кожній з паливних збірок 2. Паливна збірка 2 містить запальний модуль 5, відтворюючий модуль 6, що оточує його, головку 7 і хвостовик 8, що контактує своєю опорною частиною 9 з опорним стаканом реактора (не показаний). Паливна збірка в плані має форму правильного шестикутника. Запальний модуль 5 містить пучок паливних елементів 10, наприклад, в кількості 108 елементів, встановлених на опорних ґратах 11 які закріплені на хвостовій частині запального модуля 5. З хвостовою частиною запального модуля 5 сполучений кожух 12 шестикутного перетину, що охоплює пучок паливних елементів 10. У верхній частині кожуха 12 закріплені спрямовуючі ґрати 13 для установки паливних елементів 10 з можливістю їх вільного осьового переміщення. Кожен з паливних елементів запального модуля має сердечник 14, що включає збагачений уран або енергетичний плутоній. Переважно сердечник виконаний з U-Zr сплаву, причому об'ємний вміст урану в паливній композиції складає до 25 % при збагаченні по ізотопу урану-235 19,7 %. Зовні сердечник 14 охоплений оболонкою 15 з цирконієвого сплаву і має трипелюстковий профіль, створюючий гвинтові дистанціонуючі ребра 16 (Фіг.5). Уздовж подовжньої осі сердечника 14 розташований витіснювач 17 з цирконію або його сплаву, що має в поперечному перетині форму правильного трикутника. Паливний елемент 10 запального модуля може бути виготовлений методом сумісного пресування (витискування через матрицю) у вигляді відтворюючого модуля, може бути виконано і будь-яким іншим чином, важливо лише забезпечити роз'ємне з'єднання хвостових частин запального і відтворюючого модулів. Відтворюючий модуль 6 включає силовий каркас 38, встановлений в ньому пучок паливних елементів 39 і хвостову частину 40. Силовий каркас 38 утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами 41 із закріпленими на них за допомогою контактної точкової зварки дистанціонуючими ґратами 42. Кожні дистанціонуючі ґрати 42 є ґратами стільникового типу, створюючими безліч (зокрема, 228) осередків, ув'язнених в обід як по зовнішньому, так і по внутрішньому шестиграннику. Дистанціонуючі ґрати 42 забезпечують необхідний крок розташування паливних елементів 39, необхідну довжину контакту з ними для забезпечення можливості прослизання в осередках дистанціонуючих ґрат паливних елементів 39 при їх радіаційному і температурному подовженні, мінімально можливі зусилля протягання паливних елементів для зменшення внутрішньої напруги в їх пучку, а також необхідний початковий натяг для виключення фреттинг-корозії паливних елементів в процесі експлуатації. Дистанціонуючі ґрати 42 мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха 12 запального модуля 5. 5 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У своїй нижній частині кутові елементи 41 жорстко сполучені з хвостовою частиною 40 відтворюючого модуля 6, в якій закріплені опорні ґрати 43 відтворюючого модуля для кріплення паливних елементів 39. Опорні ґрати 43 відтворюючого модуля 6 забезпечують механічну міцність при дії навантажень в режимах з нормальними умовами експлуатації, режимах з порушеннями нормальних умов експлуатації і проектних аваріях, а також забезпечують потрібний по розрахунках гідравлічний опір. Пучок паливних елементів 39 відтворюючого модуля включає безліч (зокрема, 228) паливних елементів, виконаних з композиції, що включає 12 % за об'ємом UO2 і 88 % за об'ємом ТhО2 при збагаченні по ізотопу урану-235 19,7 %. Відношення об'єму всіх паливних елементів запального модуля V зап до об'єму всіх паливних елементів відтворюючого модуля Vвід складає приблизно 0,72. Хвостова частина 40 відтворюючого модуля 6 містить опорні ґрати 43, корпус 44 і жорстко пов'язане з ним за допомогою розпірок 45 кільце 46, що взаємодіє із замковим пристроєм 31. На опорних ґратах 43 закріплені кінці паливних елементів 39 відтворюючого модуля. Опорні ґрати 43 забезпечують механічну міцність при дії навантажень в режимах з нормальними умовами експлуатації, режимах з порушеннями нормальних умов експлуатації і проектних аваріях, а також забезпечують необхідний гідравлічний опір пропусканню теплоносія (води). Корпус 44 виконаний з можливістю сполучення з опорним стаканом (не показаний) легководного реактора і є направляючим пристроєм для подачі теплоносія в зони запального і відтворюючого модулів. На Фіг.7-9 показаний другий варіант виконання кожної з паливних збірок 2. Цей варіант відрізняється від зображеного на Фіг.2-4 тим, що запальний і відтворюючий модулі жорстко не сполучені між собою. Як показано на Фіг.9, в хвостовій частині запального модуля замість замкового пристрою 31 є циліндровий хвостовик 47, а в хвостовій частині 40 відтворюючого модуля 6 корпус 44 виконаний без розпірок 45 і кільця 46, показаних на Фіг.4. При цьому обичайка 22 головки 7 (Фіг.8) на відміну від варіанту, показаного на Фіг.3, виконана у вигляді єдиної деталі, і до неї жорстко (наприклад, зваркою) прикріплений додатковий пружинний блок 48. Додатковий пружинний блок 48 переважно містить декілька (наприклад, шість) рівномірно розподілених по колу додаткових верхніх плит 49, жорстко сполучених з обичайкою 22, додаткову нижню плиту 50, жорстко пов'язану з нижньою плитою 23, оболонку 51, прикріплену до додаткових плит 49 і 50, пружини стиснення 52 і силові трубки 53. Силові трубки 53 своїми нижніми кінцями закріплені на опорних ґратах 43 відтворюючого модуля 6. Верхні частини силових трубок 53 виконані і розташовані в додаткових верхніх і нижніх плитах 49 і 50 аналогічно периферійним трубкам 19, тобто трубки 53 вставлені у втулки 26 і виконані з можливістю дії на ці втулки по напряму вгору. Пружини стиснення 52 додаткового пружинного блоку 48 одними кінцями упираються у фланці втулок 26, а іншими кінцями - в додаткові верхні плити 21. Верхні частини силових трубок 53 вільно проходять через отвори в додаткових верхніх плитах 49, а втулки 26 - через отвори в додатковій нижній плиті 50. На верхніх кінцях силових трубок 53 є упори 54. Перед установкою тепловиділяючої збірки в реактор спочатку збирають окремо запальний модуль 5 і відтворюючий модуль 6. При збірці запального модуля відповідно до першого варіанту його виконання сполучають паливні елементи 10 з направляючими ґратами 13, закріплені в кожусі 12, а центральну трубку 18 і периферійні трубки 19, окрім фіксації в направляючих ґратах 13, сполучають з головкою. При цьому трубки 18 і 19 пропускають через втулки 26, встановлені в отворах в нижній плиті, через пружини 20 і через отвори у верхній плиті 21. Після цього на верхніх кінцях цих трубок закріплюють упори 27 (наприклад, за допомогою різьбового або байонетного з'єднання). Паливні елементи 39 відтворюючого модуля встановлюють в силовий каркас 9, пропускаючи їх при цьому через дистанціонуючі ґрати 42 і закріплюючи на опорних ґратах 43. Потім зібрані запальний і відтворюючий модулі сполучають між собою з утворенням єдиної паливної збірки, пропускаючи кожух 12 запального модуля 5 через отвори в центральній частині дистанціонуючих ґрат 42. Конфігурація вказаних отворів в центральній частині дистанціонуючих ґрат 42 відповідає формі поперечного перетину кожуха 12, так що кожух 12 вільно проходить через ці отвори. При цьому замикаючий елемент 35 в хвостовій частині запального модуля зрушений вгору, так що кульки 34, встановлені в отворах 33 циліндрової стінки 32, мають можливість зсуву в кільцеву канавку 36, даючи можливість проходу циліндрової стінки 32 в кільце 46. Після упору хвостової частини запального модуля у верхню торцеву поверхню кільця 46 замикаючий елемент 36 зрушують вниз. При цьому кульки 34 видавлюються з канавки 36, зрушуючись назовні в отворах 33 і виступаючи із стінки 32. В результаті із-за взаємодії висунутих кульок і нижньої торцевої поверхні кільця 46 виключається можливість переміщення 6 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вверх хвостової частини запального модуля щодо хвостової частини відтворюючого модуля. Таким чином, запальний і відтворюючий модулі утворюють єдину паливну збірку 2. Після установки паливної збірки 2 в реактор 1 і упору хвостовика 8 в опорний стакан (не показаний) легководного реактора паливна збірка 2 підтискається верхньою плитою реактора (не показана) шляхом упору в торець обичайки верхньої плити 21 головки 7. Потім зусилля передається на пружинний блок з пружинами 20, який підтискається на величину, · розраховану так, щоб утримати паливну збірку 2 від спливання в потоці рухомого знизу теплоносія; при цьому верхня плита 21 головки 7 опускається відносно нижньої плити 23 на величину підтискання пружинного блоку. Можливість опускання верхньої плити 21 щодо нижньої плити 23 головки 7 забезпечується телескопічним з'єднанням верхньої частини 24 обичайки 22, жорстко пов'язаної з верхньою плитою 21, і нижньої частини 25 обичайки 22, жорстко пов'язаної з нижньою плитою 23. Далі зусилля від нижніх торців пружин 20 пружинного блоку через втулки 26, що впливають своїми нижніми торцями на периферійні трубки 19, передається на периферійні трубки 19 і далі на опорні ґрати 11 і через хвостову частину запального модуля, замковий пристрій 31, кільце 46, розпірки 45 на хвостову частину 44 відтворюючого модуля 6, який входить в контакт з опорним стаканом (не показаний) легководного реактора. Крім того, частина зусилля підтискання від верхньої плити реактора передається на кожух 12 запального модуля за допомогою дії на натискний елемент 30 зусиль пружин 20, що охоплюють центральну трубку 18 й упирається безпосередньо в нижню плиту 23, жорстко сполучену із згаданим натискним елементом. У разі виконання головки 7 без втулок 26 всі зусилля підтискання передаються через кожух 12. Теплоносій поступає в паливну збірку 2 через корпус 44 хвостових частини відтворюючого модуля 6, при цьому потік теплоносія ділиться на дві частини, одна з яких протікає усередині кожуха 12 запального модуля, омиваючи паливні елементи 10 запального модуля, а інша - зовні кожуха 12, омиваючи паливні елементи 39 відтворюючого модуля. Зусилля підтискання головки, що діє від верхньої плити реактора (не показана), 7 перешкоджає спливанню паливних елементів при заданій витраті теплоносія. При цьому пропускання необхідної (для зняття з паливної збірки номінальної потужності) витрати теплоносія через запальні і відтворюючі модулі при номінальному перепаді тиску (використовуваному в існуючих реакторах ВВЕР-1000) по висоті паливних збірок і при збереженні їх працездатності забезпечується: - використанням кожуха 12 між запальними і відтворюючими модулями; - формою паливних елементів 10 запального модуля (трипелюстковий профіль), їх взаємною орієнтацією в окружному напрямі і величиною аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер 16, що сприяє отриманню розвиненої поверхні теплообміну і значно більш рівномірному розподілу температури теплоносія в поперечному перетині запального модуля за рахунок примусового конвективного перемішування теплоносія. Повна гідравлічна характеристика паливної збірки 2 практично співпадає з характеристикою штатної паливної збірки, що забезпечить збереження опору активної зони реактора ВВЕР-1000 з паливними збірками згідно винаходу на рівні штатного значення. Таким чином, установка паливних збірок відповідно до даного винаходу в реактор ВВЕР-1000 не приводить до зміни витрати теплоносія в першому контурі реактора. Паливні елементи 10 запального модуля, нагріваючись в процесі роботи, починають подовжуватися вгору за рахунок теплового і радіаційного зростання; при цьому пучок паливних елементів 10 росте незалежно від периферійних трубок 19, оскільки останні з гарантованим зазором проходять крізь осередки направляючих ґрат 13. Таким чином, пучок паливних елементів 10 не надає дії на периферійні трубки 19, що несуть силове навантаження, і не деформує їх, отже, зберігається геометрична стабільність форми паливної збірки 2 в процесі роботи. Паливні елементи 39 відтворюючого модуля в процесі роботи збільшуються в довжині і починають за рахунок радіаційного зростання займати вільний простір між їх торцями і головкою 7. Робота паливної збірки 2 відповідно до другого варіанту здійснення винаходу здійснюється аналогічним чином, з тією лише відмінністю, що підтискання корпусу 44 відтворюючого модуля до опорного стакана реактора здійснюється шляхом передачі зусилля підтискання від верхньої плити реактора через силові трубки 53, а запальний модуль, що не скріпляється з відтворюючим модулем, утримується від спливання за рахунок дії пружин 20 на фланці втулок 26, що передають зусилля на опорні ґрати 11 запального модуля. 7 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Використання даного винаходу дозволяє досягти економії природного урану за рахунок наявності в конструкції паливної збірки торієвої частини (відтворюючий модуль), оскільки торій в процесі вигорання накопичує вторинне ядерне пальне у вигляді урану-233, згорання якого вносить істотний внесок в енерговироблення активної зони з такими збірками. Це приводить до поліпшення характеристик нерозповсюдження і спрощення проблем поводження з відпрацьованими паливними збірками, оскільки в значній мірі знижується (на 80 %) накопичення традиційного для реакторів ВВЕР-1000 вторинного ядерного пального (енергетичного плутонію, придатного для виготовлення ядерної зброї), а нове вторинне ядерне паливо уран-233 (вірніше те, що залишається після його згорання в торієвому відтворюючому модулі "на місці") є непридатним для виготовлення ядерної зброї через забруднення ізотопом урану-232 і парними ізотопами плутонію. При цьому спрощення проблем поводження з відпрацьованими паливними збірками вдається добитися шляхом зниження об'ємів відходів за рахунок збільшення призначеного ресурсу палива і за рахунок зниження вмісту у вивантаженому паливі ізотопів з тривалою радіаційною токсичністю. Конструкція паливної збірки відповідно до даного винаходу дозволяє використовувати її в реакторах ВВЕР-1000 за рахунок як механічної, так і гідравлічної і нейтронно-фізичної сумісності з конструкцій штатних паливних збірок. Механічна сумісність з штатною паливною збіркою реактора ВВЕР-1000 забезпечується: - наявністю силового каркаса, що забезпечує стійкість до формозміни при тривалій експлуатації і високих вигораннях палива; ідентичністю приєднувальних розмірів; - використанням конструкції хвостовика, головки і силового каркаса, сумісних з аналогічними частинами кутових штатних паливних збірок; - сумісністю конструкції запального модуля з конструкцією штатних органів регулювання і перевантажувальних пристроїв. Повна гідравлічна характеристика паливної збірки відповідно до даного винаходу практично співпадає з характеристикою штатної паливної збірки за рахунок наявності системи двох утворених запальним і відтворюючим модулями паралельних каналів, об'єднаних загальними роздаючим (напірним) і збірним колекторами. При цьому запальний і відтворюючий модулі гідравлічно зв'язані між собою на вхідній і вихідній ділянках. Таке виконання паливної збірки забезпечує збереження опору активної зони реактора ВВЕР-1000 з паливними збірками згідно винаходу на рівні штатного значення. Таким чином, установка паливних збірок відповідно до даного винаходу в реактор ВВЕР-1000 не приведе до зміни витрати теплоносія в першому контурі реактора. При цьому співвідношення гідравлічних опорів між входом в збірку, активною частиною відтворюючого модуля і виходом із збірки в паливних збірках згідно винаходу і штатної паливної збірки близькі, що забезпечує гідравлічну сумісність паливних збірок згідно винаходу з штатними збірками і відсутність перетікання теплоносія між ними. Це дозволяє використовувати в реакторі частину паливних збірок відповідно до даного винаходу одночасно з штатними паливними збірками реактора. Нейтронно-фізична сумісність з штатною паливною збіркою забезпечується наступним: - призначений ресурс по вигоранню досягається за рахунок використання спеціально підібраних паливних композицій і композицій з вигоряючим поглиначем; - штатна потужність паливної збірки досягається за рахунок використання спеціально підібраного вмісту паливного завантаження в паливних композиціях запального і відтворюючого модулів; - задоволення вимог по нерівномірності профілю енерговиділення досягається за рахунок використання спеціально підібраного вмісту паливного-завантаження в різних рядах паливних елементів запального модуля і вмісту паливного завантаження у відтворюючому модулі; - збереження ефектів реактивності в діапазоні, характерному для штатних паливних збірок досягається за рахунок використання спеціально підібраних характеристик паливних композицій; - можливість регулювання рівня потужності і скидання потужності штатними органами регулювання забезпечується використанням сумісного з конструкцією запального модуля розміщенням в останньому штатних технологічних каналів в периферійних трубках для переміщення органів регулювання. Перевагою даного винаходу є також те, що двосекційна паливна збірка у відповідності з даним винаходом є розбірною, що дозволяє забезпечити незалежне перевантаження запального модуля. Частіше перевантаження запального модуля дозволяє створити найбільш сприятливі умови (по нейтронному балансу і тривалості опромінювання) для торія, поміщеного у відтворюючий модуль збірки. 60 8 UA 98370 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Паливна збірка легководного реактора, яка має в плані форму правильного шестикутника і яка містить запальний модуль, відтворюючий модуль, що оточує його, головку, хвостовик і силовий каркас, при цьому запальний модуль містить пучок паливних елементів, кожен з яких має сердечник, що включає збагачений уран або енергетичний плутоній, при цьому сердечник охоплений зовні оболонкою з цирконієвого сплаву, і має трипелюстковий профіль, що створює гвинтові дистанціонуючі ребра, хвостову частину запального модуля із закріпленими на ній опорними ґратами для фіксації паливних елементів запального модуля, сполучений з хвостовою частиною запального модуля кожух, що має в плані форму правильного шестикутника і розташований навколо пучка паливних елементів, закріплені на кожусі в його верхній частині направляючі ґрати для установки паливних елементів з можливістю їх вільного осьового переміщення, центральну трубку, що утворює направляючий канал для розміщення в ньому засобів контролю, і закріплені на опорних ґратах периферійні трубки, що утворюють направляючі канали для введення поглинаючих стрижнів і стрижнів аварійного захисту і встановлені в головці з можливістю пружного осьового зсуву, при цьому відтворюючий модуль містить силовий каркас, утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами із закріпленими на них дистанціонуючими ґратами, що мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха запального модуля, встановлений в силовому каркасі пучок паливних елементів, виконаних з торію з додаванням збагаченого урану, і хвостову частину відтворюючого модуля, в якій закріплені паливні елементи відтворюючого модуля, виконану з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора, при цьому хвостова частина відтворюючого модуля і хвостова частина запального модуля зв'язані між собою за допомогою роз'ємного з'єднання і утворюють хвостовик паливної збірки. 2. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач з цирконію або його сплаву, що має в поперечному перерізі форму правильного трикутника. 3. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 до 20 % довжини паливного елемента. 4. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що паливні елементи запального модуля орієнтовані в окружному напрямі так, що принаймні в одному поперечному перерізі пучка паливних елементів трипелюсткові профілі будь-яких двох суміжних паливних елементів мають загальну площину симетрії, що проходить через осі цих же суміжних паливних елементів. 5. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235. 6. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %. 7. Паливна збірка за п. 1, яка відрізняється тим, що головка забезпечена натискним елементом, що контактує з кожухом запального модуля. 8. Паливна збірка легководного реактора, яка має в плані форму правильного шестикутника і яка містить запальний модуль, відтворюючий модуль, що оточує його, головку, хвостовик, виконаний з можливістю сполучення з опорним стаканом легководного реактора, і силовий каркас, при цьому запальний модуль містить пучок паливних елементів, кожен з яких має сердечник, що включає збагачений уран або енергетичний плутоній, при цьому сердечник охоплений зовні оболонкою з цирконієвого сплаву і має трипелюстковий профіль, що утворює гвинтові дистанціонуючі ребра, хвостову частину запального модуля із закріпленими на ній опорними ґратами для фіксації паливних елементів запального модуля, сполучений з хвостовою частиною запального модуля кожух, що має в плані форму правильного шестикутника і розташований навколо пучка паливних елементів, закріплені на кожусі в його верхній частині направляючі ґрати для установки паливних елементів з можливістю їх вільного осьового переміщення, центральну трубку, що утворює направляючий канал для розміщення в ньому засобів контролю, і периферійні трубки, що утворюють направляючі канали для введення поглинаючих стрижнів і стрижнів аварійного захисту і встановлені в головці з можливістю пружного осьового зсуву, при цьому відтворюючий модуль містить силовий каркас, утворений шістьма подовжньо розташованими кутовими елементами із закріпленими на них дистанціонуючими ґратами, що мають в центральній зоні отвір для розташування в ньому кожуха запального модуля, встановлений в силовому каркасі пучок паливних елементів, виконаних з торію з додаванням збагаченого урану і закріплених на хвостовику, а також декілька силових трубок, закріплених на хвостовику, при цьому головка оснащена засобом, що забезпечує можливість пружного осьового зсуву вказаних силових трубок. 9 UA 98370 C2 5 10 15 20 25 30 35 9. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач з цирконію або його сплаву, що має в поперечному перерізі форму правильного трикутника. 10. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 до 20 % довжини паливного елемента. 11. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що паливні елементи запального модуля орієнтовані в окружному напрямі так, що принаймні в одному поперечному перерізі пучка паливних елементів трипелюсткові профілі будь-яких двох суміжних паливних елементів мають загальну площину симетрії, що проходить через осі цих же суміжних паливних елементів. 12. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235. 13. Паливна збірка за п. 8, яка відрізняється тим, що сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %. 14. Легководний реактор, який містить безліч паливних збірок, який відрізняється тим, що містить принаймні одну паливну збірку за пп. 1-7. 15. Легководний реактор за п. 14, який відрізняється тим, що всі паливні збірки виконані за пп. 1-7. 16. Легководний реактор, який містить безліч паливних збірок, який відрізняється тим, що містить принаймні одну паливну збірку за пп. 8-13. 17. Легководний реактор за п. 16, який відрізняється тим, що всі паливні збірки виконані за пп. 8-13. 18. Паливний елемент паливної збірки ядерного реактора, що містить сердечник, до складу якого входить збагачений уран або енергетичний плутоній, і оболонку, що охоплює його, який відрізняється тим, що має багатопелюстковий профіль. 19. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що має трипелюстковий профіль. 20. Паливний елемент за п. 19, який відрізняється тим, що пелюстки профілю утворюють гвинтові дистанціонуючі ребра. 21. Паливний елемент за п. 20, який відрізняється тим, що крок аксіальної завивки гвинтових дистанціонуючих ребер складає від 5 до 20 % довжини паливного елемента. 22. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що оболонка виконана з цирконієвого сплаву. 23. Паливний елемент за п. 19, який відрізняється тим, що уздовж подовжньої осі сердечника розташований витіснювач, що має в поперечному перерізі форму правильного трикутника. 24. Паливний елемент за п. 23, який відрізняється тим, що витіснювач виконаний з цирконію або його сплаву. 25. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що сердечник виконаний з U-Zr сплаву з об'ємним вмістом урану до 30 %, при цьому уран збагачений до 20 % по ізотопу урану-235. 26. Паливний елемент за п. 18, який відрізняється тим, що сердечник виконаний з Pu-Zr сплаву з об'ємним вмістом енергетичного плутонію до 30 %. 10 UA 98370 C2 11 UA 98370 C2 12 UA 98370 C2 13 UA 98370 C2 14 UA 98370 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Nuclear reactor (options), fuel assembly consisting of ignition-breeding modules for nuclear reactor (options) and fuel element of fuel assembly

Автори англійською

Bashkirtsev Serhii Mykhaiolovych, Kuznetsov Valentyn Fedorovych, Kevroliev Valerii Volodymyrovych, Morozov Oleksii Hlebovych

Назва патенту російською

Ядерный реактор (варианты), топливная сборка из зажигающе-воспроизводящих модулей для ядерного реактора (варианты) и топливный элемент топливной сборки

Автори російською

Башкирцев Сергей Михайлович, Кузнецов Валентин Федорович, Кевролев Валерий Владимирович, Морозов Алексей Глебович

МПК / Мітки

МПК: G21C 3/00

Мітки: запально-відтворюючих, реактор, ядерного, ядерний, модулів, реактора, варіанти, елемент, паливної, збірка, збірки, паливна, паливний

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/17-98370-yadernijj-reaktor-varianti-palivna-zbirka-iz-zapalno-vidtvoryuyuchikh-moduliv-dlya-yadernogo-reaktora-varianti-i-palivnijj-element-palivno-zbirki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Ядерний реактор (варіанти), паливна збірка із запально-відтворюючих модулів для ядерного реактора (варіанти) і паливний елемент паливної збірки</a>

Подібні патенти