Растущие потребности

Название: Двустенный однопроходный парогенератор (WO2023090744).

Авторы: Чжи Ким, Иль Хванг, Бён Ким, Тхэ Ким.

Патентообладатель: Ulsan National Institute of Science and Technology (Китай).

Сфера применения: парогенераторы.

Трубки теплообменников в реакторах со свинцовым и свинцово-­висмутовым теплоносителем подвергаются агрессивному воздействию свинца, который может проникать в пространство между зернами металла и существенно ухудшать его прочностные параметры. С другой стороны стенка теплообменника подвергается воздействию воды.

Авторы посчитали, что для каждой из этих сред следует подобрать материал с оптимальными свой­ствами, сделав трубки парогенератора двой­ными. Пространство между внешней и внутренней трубками заполняется гелием. Утечка этого газа станет признаком разгерметизации. Благодаря конструкции теплообменника к трубе с жидким металлом прикладывается сжимающее, а не растягивающее напряжение. При таком подходе отсутствует одна из причин увеличения расстояния между зернами.

Название: Устройство и метод оперативного обнаружения примесей в свинцово-­висмутовом теплоносителе (WO2023077467).

Авторы: Сиань Цзэн, Чен Ху, Чжаосюань Сун, Цин Цзоу, Ен Чжан, Юань Чжао, Ивэй Ло, Чэнцзе Дуань, Давэй Цуй, Цзимин Линь.

Патентообладатели: China Nuclear Power Technology Research Institute, China General Nuclear Power Corporation, CGN Power, Ling Dong Nuclear Power (Китай).

Сфера применения: анализ материалов.

При контакте свинцово-­висмутового теплоносителя со стальными конструкциями образуются твердые примеси, нарушающие течение в каналах и способные блокировать его.

Традиционные анализы качества теплоносителя выполняются вручную, увеличивают дозовую нагрузку на персонал, занимают слишком много времени. Предложенное авторами устройство включает измерительный канал, импульсный лазер, линзу и спектрометр. Лазерный импульс проходит через измерительный канал и испаряет теплоноситель.

Спектрометр выявляет спектральные линии примесных материалов в образовавшейся плазме. Количество примесей определяется по интенсивности спектральных линий после соответствующей калибровки прибора.

Название: Жидкосолевой реактор с пассивной системой ввода топлива (WO2023113174).

Авторы: Енхи Ким, Тэсук О, Ынхьюг Ли.

Патентообладатель: Korea Advanced Institute of Science and Technology (Южная Корея).

Сфера применения: перспективные ядерные реакторы.

Реакторы на расплавах солей более безопасны в аварийных ситуациях. Проще отводить тепло, нет риска взрыва водорода, есть сильная отрицательная обратная связь по температуре. Работают такие реакторы при давлении, близком к атмосферному. Сложности появляются, когда нужно замещать отработавшее топливо свежим.

Авторы предложили сделать бланкет реактора жидким. Эвтектика урана и железа плавится при температуре 700 °С, а образующийся плутоний замещает уран в хлориде урана, из которого состоит активная зона. Верхняя часть бланкета открыта, что позволяет захватывать образующийся плутоний с его поверхности. Теплообменник вынесен за пределы активной зоны.

Ожидается, что емкость бланкета сможет захватывать нерастворимые продукты деления.

Название: Приготовление топлива для быстрого жидкосолевого реактора (WO2023091924).

Автор: Дональд Баер.

Патентообладатель: Metatomic (США).

Сфера применения: топливо для ядерных реакторов.

Постепенно накапливающееся отработавшее топливо легководных реакторов требует все большего объема хорошо защищенных хранилищ. Автор предложил перерабатывать его в топливо для жидкосолевых реакторов. Для этого таблетки извлекают из оболочек и перемалывают, превращая в галогенидную соль.

В одном из вариантов реализации изобретения в соль преобразуется весь материал, из которого состоит топливная таблетка. Производство будет полностью автоматизировано, возможно попутное дообогащение. Изобретатель стремился исключить химическое разделение элементов из процесса переработки отработавшего ядерного топлива. Конечным продуктом будет сухая топливная соль.

Название: Непрерывное удаление продуктов деления из ядерных реакторов с расплавно-­солевым топливом (WO2023087028).

Авторы и патентообладатели: Роллан Пол Джонсон, Томас Робертс, Брюс Макнамара, Роберт Брюс Фогелаар (США).

Сфера применения: обращение с радиоактивными отходами.

Отработавшее ядерное топливо можно перерабатывать и использовать повторно. Такой подход требует создания дорогостоящей инфраструктуры.

Авторы предложили создать установку для разделения компонентов солевого топливного расплава. Часть топлива отводится из активной зоны, испаряется и разделяется центрифужным или диффузионным методом. Высокоактивные изотопы после разделения направляются в активную зону, остальные могут быть выведены и захоронены.

Среди устройств для очистки топлива упоминаются вихревые сепараторы и модифицированные клапаны Тесла. Непрерывная очистка топлива может помочь замкнуть топливный цикл и получить на выходе продукты деления, которые можно захоранивать без соблюдения жестких требований к ядерной и радиационной безопасности.

Название: Атомная станция с когенерацией и реактором с непрямым термодинамическим циклом без отбора или сброса жидкой воды из/в окружающую среду (WO2023078825).

Авторы: Филип Амфу, Жан-­Батист Друан.

Патентообладатель: Commissariat a l’energie atomique et aux energies alternatives (Франция).

Сфера применения: перспективные атомные станции.

Авторы предложили добавить аккумулирующий тепло контур к обычной атомной электростанции с водой под давлением. Это повысит эффективность использования тепла, вырабатываемого реактором, снизив или исключив зависимость от внешнего источника воды для охлаждения.

Роль охладителя будут выполнять сухие градирни с воздушным охлаждением. Объемы холодного и горячего резервуаров когенерационной установки — 10−30 тыс. м³. Теплоноситель может иметь следующий химический состав: 7 % NaNCh, 40 % NaNCh, 53 % KNO3. Ожидается, что рекуперация вырабатываемого тепла не ухудшит показатели выработки электроэнергии.

Название: Твэл, топливная сборка и активная зона реактора (WO2023077687).

Авторы: Дуншэн Ли, Ли Цай.

Патентообладатели: China Nuclear Power Technology Research Institute, China General Nuclear Power Corporation, CGN Power (Китай).

Сфера применения: топливо для ядерных реакторов.

Поднять КПД ядерной энергетической установки можно, если повысить температуру в активной зоне, но это может привести к расплавлению топливных таблеток.

Авторы предложили изменить форму твэла и повысить эффективность его охлаждения. Предложенные стержни имеют шестилепестковую форму и закручены вокруг продольной оси не менее чем на один оборот. Они образуют треугольную решетку и собраны в шестигранные сборки.

Снижение градиента температуры внутри топливной таблетки сделает реактор более безопасным и экономически эффективным. Изобретатели допускают, что число лепестков может быть больше шести, а форму поперечного сечения можно изменить для улучшения теплосъема.

Название: Кольцевой твэл (WO2023070067).

Авторы: Люк Олсон, Кэтрин Мецгер, Эдвард Лахода, Элвин Робертс, Майкл Икес, Паоло Феррини, Дениз Адорно-­Лопес, Люк Черняк, Фаусто Франческини.

Патентообладатель: Westinghouse Electric Company (США).

Сфера применения: топливо для ядерных реакторов.

Авторы описывают конструкцию твэла для топлива с обогащением 5−20 % по ²³⁵U с повышенной плотностью энергии и пониженной температурой в центре таблетки.

Внутри и снаружи топливного стержня может протекать жидкий теплоноситель. Внешняя и внутренняя оболочки изготавливаются из керамики или металлокерамики, топливная таблетка металлокерамическая. В зазор между топливом и оболочками твэла может быть добавлен металл с низкой температурой плавления и высокой — ​кипения. Это должно повысить теплопроводность и снизить выход продуктов деления в случае появления трещин в оболочке.

Предложенная конструкция твэлов может применяться в различных типах реакторов, обеспечивать работоспособность при температурах выше 1500 °С и добиваться глубоких степеней выгорания.

Название: Пластинчатая тепловыделяющая сборка и активная зона реактора (WO2023070883).

Авторы: Цзян Ян, Сюань Ши, Гэнхуа Су, Цзыхао Го, Яолей Цзоу, Гуан Ван, Чаочжэн Ван, Сиань Ли, Тонг Чжоу, Ин Чжан.

Патентообладатели: China Nuclear Power Technology Research Institute, China General Nuclear Power Corporation, CGN Power (Китай).

Сфера применения: перспективные реакторы.

Эффективность теплосъема в активной зоне зависит от площади поверхности теплообмена. В традиционной компоновке активной зоны увеличение поверхности теплопередачи приводит к снижению прочности конструкции. Авторы предложили пластинчатую компоновку: пластины с топливом и замедлителем чередуются с пластинами с теплоносителем и соединяются диффузионной сваркой.

Диаметр каналов теплоносителя — 0,5−3 мм. Их получают путем химического травления на поверхности пластины. Изобретателям удалось добиться высокой эффективности теплосъема и прочности активной зоны. Компоновка с увеличенным отношением площади теплопередачи к объему может использоваться при строительстве небольших активных зон высокотемпературных реакторов.

Название: Наблюдательный модуль и соответствующее устройство для обнаружения наличия по крайней мере одной частицы аэрозоля (WO2023079172).

Авторы: Коринн Прево, Сулейман Боррус, Кристиан Хьюберт.

Патентообладатель: Institut de Radioprotection et de Surete Nucleaire (Франция).

Сфера применения: защита от радиоактивного излучения.

В помещениях, где есть есть риск образования радиоактивных аэрозолей, применяются фильтры для очистки воздуха. Их эффективность необходимо регулярно проверять. Для этого берут пробы до фильтра и после и проводят их анализ.

Авторы предложили конструкцию установки, которая снизит длительность и трудоемкость проверки. Воздух внутри устройства подсвечивается лазером, искомая тестовая частица возбуждается и испускает излучение с известной длиной волны. Оптический датчик регистрирует это излучение. В качестве тестового вещества может быть использован флуоресцеин натрия.

Название: Система получения ионов и волокнистая решетка для их сбора (WO2023056025).

Авторы: Сарко Черекджян, Рич Сиссон.

Патентообладатель: Shine Technologies (США).

Сфера применения: изотопное производство.

При производстве некоторых изотопов ионы нужной массы разгоняются и направляются в ловушку для последующего извлечения. В процессе сбора они могут рассеиваться, неэффективно удерживаться, сублимироваться, распыляться.

Ловушка в виде разнонаправленных углеродных волокон может повысить эффективность сбора ценного сырья. После насыщения ионами материал можно сжечь и получить конечный продукт в чистом виде. В процессе насыщения волокон собираемыми изотопами ловушку можно смещать без остановки производственного процесса.

Название: Ядерный реактор, оснащенный системой защиты с различными вариантами срабатывания (WO2023105366).

Автор: Лучано Чинотти.

Патентообладатель: Newcleo (Англия).

Сфера применения: системы защиты реакторов.

Автор описывает быстрый реактор, в котором боковой отражатель может менять нейтронно-­физические свой­ства в случае возникновения аварийных ситуаций. Он состоит из двух частей: верхняя расположена вокруг активной зоны и заполнена веществом, отражающим нейтроны, а нижняя — ​поглотителем или прозрачным для нейтронов материалом.

В случае аварийного повышения температуры открывается перегородка между верхней и нижней частями, и отражатель заменяется поглотителем. Это могут быть, например, шары из карбида бора или газ. Рассматриваются различные конструкции перегородки, в том числе плавкие. Защитная система может реагировать на повышение температуры или давления.

Название: Пассивное управление теплоносителем (WO2023078982).

Авторы: Роберт Бамбер, Патрик Бантинг, Джек Тейлор.

Патентообладатель: Tokamak Energy (Англия).

Сфера применения: системы охлаждения.

В диверторе термоядерного реактора возникают значительные тепловые потоки. Поскольку место максимального нагрева может смещаться, необходимо оперативно оптимизировать работу системы охлаждения.

Авторы предложили разбить ее на блоки и управлять течением теплоносителя в каждом из них с помощью активных и пассивных клапанов. Активные могут управляться оператором, а пассивные можно расположить внутри каналов и настроить на управление расходом охлаждающей жидкости в зависимости от температуры. Изобретатели описывают механизм работы клапанов и их форму.