Специалисты Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) получили патент Евразийского патентного ведомства на новое изобретение «Дистанционирующая и перемешивающая решетка тепловыделяющей сборки ядерного энергетического реактора». Этот элемент обеспечивает безопасную и стабильную работу активной зоны реактора — участка, где протекает управляемая ядерная реакция.
В основе работы реактора лежат тепловыделяющие элементы (твэлы) —стержни, в которых происходит ядерная реакция с выделением тепла. Отвод тепла обеспечивает теплоноситель (жидкость или газ), который должен равномерно омывать стержни. Чтобы стержни сохраняли строго заданное положение и не соприкасались друг с другом, а теплоноситель равномерно омывал их поверхности, используют специальные решетки — дистанционирующие и перемешивающие.
«Если решетки нет или она в плохом состоянии, стержни начнут вибрировать, тереться друг о друга и в итоге повреждаться. В некоторых местах жидкость будет застаиваться и перегреваться. Это может привести к аварии: расплавлению стержней и выходу радиоактивности. Реактор придется срочно останавливать», — отмечает один из авторов изобретения, кандидат технических наук Денис Доронков.
Инженеры НГТУ сконструировали решетку из трех пересекающихся рядов пластин одинаковой ширины и толщины — они размещены между внешней и внутренней многогранными обечайками (кожухами). В результате пересечения пластин образуются два типа ячеек: шестигранные — для твэлов и треугольные — для свободного прохода теплоносителя. Для надежной фиксации стержней предусмотрены пружинистые элементы трех видов — их подбирают с учетом расположения стержня в сборке. На пластинах и внешней обечайке установлены дефлекторы: они направляют поперечные потоки теплоносителя в зоны, где возможно местное подкипание.
Такая конструкция позволяет одновременно надежно удерживать стержни и улучшать перемешивание теплоносителя — это снижает риск локального перегрева и повышает устойчивость работы реактора. Среди преимуществ разработки — повышенная безопасность, геометрическая стабильность, технологичность изготовления и более низкая себестоимость: по оценкам авторов, она будет ниже стоимости аналогов более чем на 10 %.
Уже завершены лабораторные испытания и изготовлены первые прототипы решеток — из пластика и металла. Решетку планируют применять в активной зоне реакторов типа «РИТМ», установленных на современных атомных ледоколах. Также она подойдет для атомных станций малой мощности и плавучих энергоблоков, а после доработки — и для реакторов большой мощности, например водо‑водяных энергетических реакторов, отмечают разработчики.