189344. lajstromszámú szabadalom • Nukleáris kritikus rendszer
1 189 344 2 A találmány tárgya nyomottvizes, vízszintszabályozású nukleáris kritikus rendszer, amely nagypontosságú reaktorfizikai kisérleteket tesz lehetővé elsősorban 20-130 °C-ig terjedő hőmérséklettartományban. A nukleáris kritikus rendszer egyszerű felépítésű, kis teljesitményü atomreaktor, segítségével olyan kísérleti vizsgálatok végezhetők, amelyek nagyteljesítményű (pl. erőművi) reaktorzónákon nem kivitelezhetők. A kísérletek a következő alapvető követelményeket támasztják a kritikus rendszerrel szemben:- a reaktor teljesítményének a szabályozása abszorbens rúddal, vagy a vízszint változtatásával történjen;- az üzemi hőfoktartomány szobahőfoktól legalább 130°C-ig terjedjen;- az aktív zónában a kísérletek ideje alatt térben és időben állandó legyen a hőmérséklet;- legyen lehetőség precíziós hőmérséklet- és vízszintmérésre az aktív, zónában. Ismertek olyan kritikus rendszerek, amelyek a fenti követelményeknek részben eleget tesznek. A vízszintszabályozású kritikus rendszerek maximális üzemi hőfoka általában 90 °C. A nyomás alatt 100 °C felett működő rendszerek többnyire nem vízszintszabályozásúak. Egyetlen nyomottvizes, vízszintszabályozású kritikus rendszert ismerünk, amely nyomástartó reaktortartályban elhelyezett zónatartályt, és a zónatartályban levő aktív zóna hőmérsékletét mérő hőelemet tartalmaz. Az aktív zóna vízszintjét a reaktortartályon kívül, közlekedő edény segítségével mérik. A hőelem mérési hibája és a hőtágulás miatt a hőmérséklet és a vízszint mérése viszonylag pontatlan. A víz üzemi hőfokra történő felfütésére, ill. lehűtésére szolgáló víztér a reaktortartályon kívül van kialakítva és a zónatartállyal szivattyún, szelepen és töltőcsövön át van összekötve. Ez a megoldás nem biztosítja a zónatartályban az egyenletes és állandó hőfokeloszlást. Bár az ismert nyomottvizes, vízszintszabályozású kritikus rendszer felépítése bonyolult, mégsem tesz eleget a hőfokeloszlásra és a mérési pontosságra vonatkozó követelményeknek és nem alkalmas felső reflektoros mérésekre. Célunk a találmánnyal egy olyan nyomottvizes, vízszintszabályozású nukleáris kritikus rendszer létrehozása, amely maradéktalanul kielégíti a fent ismertetett követelményeket. A kritikus rendszer felépítésének elve a következő: Az aktív zóna a nyomástartó reaktortartály belsejében egy második tartályban, az ún. zónatartályban kerül elhelyezésre. A rendszer moderátora desztillált vagy bórsavas víz (a továbbiakban: víz), amelyet a reaktortartályban fűtünk fel, illetve hütünk le az üzemi hőfokra, majd innen töltjük fel a zónatartályba. Az aktív zónában a víz megjelenésekor indító neutronforrás, vagy (y.n) reakció hatására beindul a hasadási láncreakció. Egy adott vízszintnél - az úri. kritikus vízszintnél - a hasadási láncreakció önfenntartóvá válik. A zónatartály és a reaktortartály konstrukciója, valamint a zónatartály töltésére szolgáló cső elhelyezése egyenletes és időben állandó hőfokeloszlást biztosít a zónatartályban a mérések ideje alatt. A töltőrendszer lehetőséget ad a zónatartály vízszintjének finom szabályozására. A vízszint és a hőmérséklet kis megváltoztatásai jelentős mértékben hatnak a kritikus vízszintre, ezért a vízszint és a hőmérséklet mérésére különleges, nagypontosságú mérőrendszerek nyertek alkalmazást. A reaktor gyors leállítását abszorbens rudak és gyorsürítő szelepek teszik lehetővé. Utóbbiak - szükség esetén - néhány másodperc alatt automatikusan ürítik a vizet a zónatartályból a reaktortartályba. A találmány szerinti kritikus rendszerben - a fentieknek megfelelően - a víz fűtésére és hűtésére szolgáló víztér a reaktortartály belsejében, a zónatartály alatt van kialakítva. A hőelem hidegpontja az aktív zóna hőmérsékletére beállított ultratermosztátban helyezkedik el. Az ultratermosztát kalibrált hőmérővel van ellátva. A reaktortartályban a vizszintmérő eszköz föggőlegesen elrendezett vízszintmérő rudat és hitelesítő kontaktussal ellátott kvarcrudat tartalmaz, a vizszintmérő rúd mérőtüvel ellátott alsó vége benyúlik a zónatartályba. Felső vége tömszelencén át ki van vezetve a reaktortartályból és ott egyrészt hajtóművel és elmozdulásmérővel, másrészt ellenállásmérővel van összekötve. A kvarcrúd alsó vége a zónatartályban az aktív zóna alján van rögzítve. A találmányt a továbbiakban kiviteli példa és rajzok alapján részletesen ismertetjük. A rajzokon az 1. ábra a kritikus rendszer vázlatos metszeti rajza, és a 2. ábra az aktív zóna hőmérsékletét mérő elrendezés. Az 1. ábrán látható a kritikus rendszer vázlatos metszeti rajza. Az 1 reaktortartály belsejében található a 2 zónatartály, amely a 3 aktív zónát foglalja magában. A reaktortartály alsó vízterében található a 4 fűtőtest és az 5 hűtőspirál. Ide csatlakozik a 6 szivattyú, amely a 7, 8 és 9 szelepekkel áll összeköttetésben. A 8 és 9 szelep a 10 töltőcső felé továbbítja a vizet. A 2 zónatartály vízterébe a 11 vízszintmérő rúd nyúlik be, amelyhez a 12 elmozdulásmérő és a 13 ellenállásmérö (megohm-mérő) csatlakozik. A 2 zónatartály vízterében a 15 hőelem található. A 2 zónatartályon több gyorsürítő 14 szelep van, amelyek közül csak egyet tüntettünk fel az ábrán. A találmány szerinti kritikus rendszer üzemeltetése az alábbiak szerint történik: A nyomástartó 1 reaktortartály alsó terében elhelyezett vizet a 4 fűtőtest segítségével fűtjük fel, illetve az 5 hűtőspirál segítségével hütjük le az üzemi hőfokra, amely 20°C-130°C lehet. Felfütés alatt a vizet a 6 szivattyúval a 7 szelepen keresztül keringetjük, ezalatt a töltő 9 szelep zárva, a gyorsürítő 14 szelep pedig nyitva van. Az üzemi hőfok elérése után a 2 zónatartályt a fűtőrudakat tartó talplemez közepe táján betorkolló 10 töltőcsövön át feltöltjük a kritikus vízszintig. Ennek érdekében zárjuk a gyorsürítő 14 szelepet, majd a töltő 9 szelep nyitásával szabad utat biztosítunk a 6 szivattyú által keringetett víznek a 2 zónatartály felé. A töltés sebességét a fojtó 8 szelep segítségével állítjuk be az adott zónánál megkívánt értékre. Felső reflektoros üzemmódnál a biztonságvédelmi rudakon kívül még egy kézi szabályozásra szolgáló 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
