166876. lajstromszámú szabadalom • Gyorsreaktor
166876 3 4 mint a magasabb hűtőközeg hőmérsékletű tartományban. Ha az említett eltérés a hasadó izotópok sűrűségében van,€ az alacsonyabb hűtőközeg hőmérsékletű tartományban célszerűen dúsabb üzemanyagot alkalmazunk, mint a magasabb hűtőközeg hőmérsékletű tartományban. A találmány szerinti kialakítású gyorsreaktor nagy előnye, hogy az atomerőműben a hőcirkulációs kör megfelelő paramétereinek megtartása mellett az új hasadóanyag előállításának tenyésztési rátája jelentős mértékben megnő. A találmányt az alábbiakban a csatolt rajzokon bemutatott konkrét kiviteli példák, illetve azok megvalósítása kapcsán ismertetjük meg. A rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti gyorsreaktor üzemanyagtartályának felépítése, a 2. ábra az üzemanyagelemek burkolata által tárolt alakváltozás az üzemanyagtartály magasságának függvényében, 3. ábra a tüzelőanyagelemek különböző hőmérsékleteken való viselkedését ábrázoló diagram. A gyorsreaktornak az 1. ábrán metszetben bemutatott üzemanyagtartályokból álló hasadási zónája van. Az üzemanyagtartálynak 1 burkolata, van, amely hűtőközeggel körüláramoltatott 2 üzemanyagelemekkel van megtöltve. A 2 üzemanyagelemek üzemanyaggal töltött csövek. Az üzemanyagtartály belső tere magasság szerint két 3 és 4 tartományra van osztva, amelyek között szerkezeti anyaggal és hűtőközeggel kitöltött (5—10 cm magas) 5 tér van. Mindkét 3, 4 tartományban a 2 üzemanyagelemekből álló egy-egy önálló rács van elhelyezve, amelyeket egy-egy 6 üzemanyagtartó rögzít az 1 burkolatban. A 3 és 4 tartományok abban különböznek egymástól, hogy körülöttük a hűtőközeg hőmérséklete nem azonos. A hűtőközeg a 3 tartományból a 4 tartományba áramlik, és hőmérséklete a 3 tartományban alacsonyabb, mint a 4 tartományban. A 3 és 4 tartományokban levő 2 üzemanyagelemek a bennük levő üzemanyag tekintetében eltérnek egymástól. Az üzemanyag megválasztása szempontjából különféle változatok lehetségesek. A 3 tartományban levő 2 üzemanyagelemek például fémes uránnal, a 4 tartományban levő 2 üzemanyagelemek ugyanakkor keramikus plutóniummal lehetnek megtöltve. A 3 és 4 tartományokban levő 2 üzemanyiagelemek keresztmetszete eltérő: a 3 tartományban levő üzemanyagelemek keresztmetszete nagyobb, mint a 4 tartományban levőké. Lehetséges a berendezésnek egy olyan kiviteli változata is, amelynél a 2 üzemanyagelemek az üzemanyagtartály teljes hossza mentén elosztott átmenő csövek, és a csövekben a 3 tartományban fémes üzemanyag, a 4 tartományban pedig keramikus üzemanyag van. A fémes és keramikus üzemanyag között a csövekben tenyésztési nyersanyag van. Ez a kivitel lehetővé teszi, hogy a fémes üzemanyagot tartalmazó üzemanyagelemekben csökkentsük a maximális hőmérsékletet vagy növeljük a tenyésztési rátát. A 3 tartomány magassága az üzemanyagtartály teljes magasságának mintegy 0,3—0,7-szerese. A berendezés egy további változatánál a 2 üzemanyagelemek körül a 3 tartományban hidegebb a hűtőközeg és ezek az üzemanyagelemek dúsabb üzemanyagot tartalmaznak, mint a 4 tartományban levő 2 üzemanyagelemek. Ebben az esetben mindkét tartományban azonos üzemanyagot, például keramikus plutóniumot alkalmazunk. A 3. ábra elemzése arra a következtetésre vezet, hogy ha a fémes üzemanyagot a reaktor hasadási zónájának magasság szerint mintegy 0,4-szeresét kitevő tartományba visszük be, a fémes üzemanyagot tartalmazó üzemanyagelemek burkolatának maximális hőmérséklete, illetve az üzemanyagelemek közepén fellépő maximális hőmérséklet 490 °C, illetve 610 °C alatt marad, 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ismeretes, hogy a BN—350 típusú reaktor 15 üzemanyagelemeinek burkolata által a reaktorkampány vége felé felhalmozott maximális alakváltozás az üzemanyagelemeknek a hűtőközeg áramlási iránya szerinti alsó részére esik (körülbelül a hasadási zóna magasságának feléig), ahol 20 az üzemanyag, alacsonyabb hőmérséklete következtében kevéssé képlékeny. Ezt a jelenséget a 2. ábra 7 görbéje szemlélteti. A diagramon az ordinátatengely irányában a BN—350 típusú reaktor üzemanyagelemeinek burkolata által a reak-25 torkampány vége felé felhalmozott relatív alakváltozás százalékos értékét vittük fel, az abszcisszatengely irányában pedig az üzemanyagelemek magasságának (H) változását, relatív egységekben. Ha hasadási zóna üzemanyagtartályai-30 nak alsó részében (3 tartomány) az oxidos üzemanyagot fémes üzemanyagra cseréljük, a nemkívánatos hatás a fémes anyag képlékenysége folytán csökken. Ezen túlmenően a hőfejlődési szint mind az anyag sűrűsége, mind dúsulása követ-35 keztében kiegyenlítődik, ami lehetővé teszi a reaktor üzemanyagának gazdaságosabb kihasználását, valamint a hasadási zóna fajlagos teljesítményének növelését. A 3. ábrán a 8 görbe a nátrium hűtőközeg hő-40 mérsékletének (T°C) változása az üzemanyagtartály hossza mentén, a 9 görbe az üzemanyagelemek burkolata hőmérsékletének alakulása az üzemanyagtartály hossza mentén, a 10 görbe a hőmérséklet változása az üzemanyagelemek kö-45 zepén az üzemanyagtartály hossza mentén, abban az esetben, ha a 3 tartományban fémes üzemanyag van, a 11 görbe pedig a hőmérséklet változása az üzemanyagelemek közepén az üzemanyagtartály hossza mentén, abban az esetben, 50 ha a 4 tartományban van fémes üzemanyag. A görbék olyan reaktorra vonatkoznak, amelynél a hasadási zóna magassága 113 cm, az üzemanyagnád átmérője 5,4 mm, az acélbevonat vastagsága 0,4 mm, a 3 tartomány magassága 45 cm, a hűtő-55 közeg bemeneti hőmérséklete 340 °C, kimeneti hőmérséklete 560 °C. 2
