Поглинальний елемент ядерного реактора

1. Поглинальний елемент ядерного реактора, який містить оболонку, що складається з двох секцій, до однієї з яких герметично приєднана нижня кінцева деталь, а до іншої - вер хня кінцева деталь, і розміщений в оболонці поглинач нейтронів, виконаний по довжині з двох частин, одна з яких з боку нижньої кінцевої деталі виконана у вигляді стержня із матеріалу, який має 3 31021 деталь, поглинач нейтронів розміщений в оболонці та виконаний по довжині з двох частин. Одна з частин з боку нижньої кінцевої деталі виконана у вигляді стержня із матеріалу, який має n, g-реакцію з нейтронами та установлена з зазором відносно оболонки у втулці, що нерухомо з'єднана з оболонкою, а друга виконана із матеріалу, що має n, a- реакцію з нейтронами. Пел має газозбірник між верхньою кінцевою деталлю та матеріалом, що має n, a-реакцію з нейтронами, та відокремлений від нього газопроникною вставкою. В даному пелі кінцеві частини гафнієвого стержня установлені усередині втулок, жорстко з'єднаних з оболонкою. При цьому нижня кінцева частина гафнієвого стержня може бути жорстко з'єднана з нижньою втулкою. У такому випадку, осьове зміщення гафнієвого стержня відбувається за рахунок переміщення у верхній втулці. Вільне переміщення жорсткої подовжньої конструкції, якою є гафнієвий стержень, усередині оболонки дозволяє перерозподіляти рівномірно навантаження по всій довжині оболонки. Однак, при тривалій роботі в реакторі відбувається збільшення діаметра та довжини гафнієвого стержня, обумовлене радіаційним ростом гафнію під впливом нейтронного опромінювання. В результаті діаметрального росту гафнію він буде деформувати втулки, які спричинять в оболонці локальні навантаження. Крім того, на певному етапі може виникнути ситуація, коли гафнієвий стержень буде жорстко зафіксований за рахунок діаметрального росту і буде розтягувати оболонку на ділянці, де він розташований. При великих дозах опромінення, коли оболонка втратить запас пластичності, радіаційний ріст гафнієвого стержня, вірогідно, приведе до руйнування оболонки та розгерметизації поглинального елемента, що обмежує термін експлуатації поглинального елемента та надійність його роботи. В основу корисної моделі поставлено завдання створити такий поглинаючий елемент ядерного реактора, який мав би підвищений ресурс роботи, високу надійність. Поставлене завдання вирішується в поглинальному елементі, який, як і відомий пел, містить оболонку, що складається з двох секцій, до однієї з яких герметично приєднана нижня кінцева деталь, а до другої - вер хня кінцева деталь, поглинач нейтронів розміщений в оболонці та виконаний по довжині з двох частин, одна з яких з боку нижньої кінцевої деталі виконана у вигляді стержня із матеріалу, який має n, g-реакцію з нейтронами та установлена з зазором відносно оболонки у втулці, що нерухомо з'єднана з оболонкою, а друга виконана із матеріалу, що має n, a- реакцію з нейтронами, газозбірник між верхньою кінцевою деталлю та матеріалом, що має n, a-реакцію з нейтронами, та відокремлений від нього газопроникною вставкою. Згідно з корисною моделлю секції оболонки з'єднані між собою через втулку, стержень верхньою частиною жорстко з'єднаний із втулкою, розміщений в нижній кінцевій деталі з зазором та з 4 можливістю центрування в ній. Для досягнення більш високого результату у пелі стержень може мати центральний канал, а між матеріалом, що має n, a-реакцію з нейтронами, та стержнем може бути розміщена додаткова газопроникна вставка. З'єднання верхньої частини стержня з оболонкою через втулку дозволяє повністю розгрузити від навантаження всього поглинального стовпа ту ділянку оболонки, яка містить цей стержень та розподілити вагу стержня на тій секції оболонки, що включає карбід бора. Розміщення стержня з зазором між оболонкою та нижньою кінцевою деталлю забезпечує можливість переміщення стержня в нижній кінцевій деталі, що дозволяє розгрузити цю ділянку оболонки, яка знаходиться під дією неперервного потоку нейтронів в процесі роботи в реакторі, від навантаження зі сторони гафнієвого стержня, що збільшується у розмірах. Таким чином, оболонка пела у найбільш навантаженій частині буде мати напруження обумовлені лише дією опромінення та теплоносія, а з боку поглинального стержня вплив буде мінімальним, що веде до підвищення надійності роботи пела. Виконання нижньої частини поглинального стержня з можливістю центрування в нижній кінцевій деталі забезпечує необхідну жорсткість подовжньої конструкції, що при значних навантаженнях, які виникають у аварійних ситуаціях, не допусти ть виникнення значних деформацій у нижній частині пела, що також підвищує надійність поглинального елемента. Гафнієвий стержень може бути виконаний з додатковим газозбірником у вигляді центрального каналу, а між матеріалом що має n, a-реакцію з нейтронами, та стержнем може бути розміщена додаткова газопроникна вставка. Це обумовлює зниження тиску гелію усередині пела, який виділяється за n, a-реакцію, що сприяє підвищенню ресурсу роботи поглинального елемента. Наведені конструктивні особливості поглинального елемента дозволяють підвищити ресурс його роботи та надійність. На Фіг.1 та Фіг.2 зображені варіанти конструкції запропонованого поглинального елемента ядерного реактора. Пел (Фіг.1) містить оболонку 1, виготовлену із нержавіючої сталі, цирконію або титану, загерметизовану верхньою 2 та нижньою 3 кінцевими деталями шляхом зварювання. Верхня секція 4 оболонки 1 заповнена поглинальним матеріалом 5 у вигляді порошкоподібного карбіду бора (має n, a-реакцію з нейтронами), який відокремлений від газозбірника 6 газопроникною вставкою 7. Нижня секція 8 оболонки заповнена гафнієвим стержнем 9 (має n, g-реакцію з нейтронами), верхня частина 10 якого установлена у втулці 11, яка з'єднана з оболонкою опресовуванням (Фіг.1) або зварюванням (Фіг.2). Нижня частина 12 гафнієвого стержня 9 має осьовий виступ 13, що забезпечує центрування стержня 9 в порожнині нижньої кінцевої деталі 3. Між гафнієвим стержнем 9 і нижньою секцією 5 31021 оболонки 1 передбачено зазор 14, а між стержнем 9 і нижньою кінцевою деталлю 3 - зазор 15. Поглинальний елемент зображений на Фіг.2 відрізняється від варіанту поглинального елемента, зображеного на Фіг.1, наявністю в стержні 9 центрального каналу 16 для відведення гелію, який утворюється при n, a-реакції з нейтронами, та додаткової газопроникної вставки 17, що розділяє порошок карбіду бора 5 та гафнієвий стержень 9. Поглинальний елемент виконує свою функціоную так. В залежності від умов експлуатації поглинальні елементи розташовані на різному рівні відносно активної зони: група пелів аварійного захисту розташована над активною зоною реактора і підлягає введенню в умовах аварійних ситуацій та при зупинці роботи реактора, а група автоматичного регулювання частково введена в активну зону та під час експлуатації переміщується відносно неї. В цей час, поглинальний елемент піддається впливу з боку нейтронного поля, причому найбільшому опроміненню підлягає нижня ділянка пела. В запропонованій конструкції пела за рахунок закріплення гафнієвого стержня 9 верхньою частиною 10 через втулку 11, яка з'єднує верхню 4 та нижню 8 секції оболонки 1, відбувається навантаження від поглинача переважно на верхню секцію 8 оболонки, яка в процесі роботи в реакторі піддається незначній дії нейтронного потоку і зберігає свої механічні властивості тривалий час. Таким чином, ділянка оболонки, яка піддається дії максимального потоку нейтронів і з часом втрачає свою пластичність, знаходиться в ненапруженому стані. Цьому сприяє також центрування гафнієвого стержня 9 в нижній кінцевій деталі 3 та забезпечення його вільного осьового переміщення при радіаційному рості завдяки зазорам між ним та оболонкою 1 і нижньою кінцевою деталлю 3. Гелій, який утворюється за n, a-реакцію, проникає крізь додаткову вставку 17 у канал 16, що веде до зниження тиску на внутрішню поверхню оболонки при досяганні максимальних вигорянь 10В. Таким чином, запропонований поглинальний елемент має підвищений ресурс роботи та більшу надійність у порівнянні із поглинальним елементом, що обраний як прототип. 6 7 31021 8