Новое изобретение «Дистанционирующая и перемешивающая решётка тепловыделяющей сборки ядерного энергетического реактора» – это конструктивный элемент, отвечающий за безопасную и стабильную работу активной зоны ядерного реактора.
Внутри ядерного реактора расположены тепловыделяющие сборки - пучки длинных стержней (тепловыделяющих элементов, или твэлов), в которых происходит ядерная реакция с выделением тепла. Между этими стержнями протекает теплоноситель, который отводит тепло для дальнейшего производства электроэнергии.
Чтобы стержни сохраняли строго заданное положение и не соприкасались друг с другом, а теплоноситель равномерно омывал их поверхности, используются специальные решётки - дистанционирующие и перемешивающие. Именно такую решётку усовершенствованной конструкции и защищает полученный патент. На разработку новой конструкции у специалистов ушло более года.
Если решётки 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 придётся срочно останавливать,
- отметил один из авторов патента, кандидат технических наук Денис Доронков.
Запатентованная решётка собирается из трёх пересекающихся рядов пластин одинаковой ширины и толщины, заключённых между внешней и внутренней многогранными обечайками (кожухами). Пересекаясь, пластины формируют два типа ячеек: шестигранные (в них устанавливаются тепловыделяющие элементы) и треугольные (сквозь них свободно протекает теплоноситель). .
Фиксация стержней в шестигранных ячейках осуществляется с помощью специальных пружинистых элементов трёх видов, подобранных в зависимости от расположения стержня в сборке - в центральной, периферийной или основной зоне. В углах решётки установлены уголки жёсткости, которые обеспечивают надёжное закрепление решеток между собой.
На пластинах и на внешней обечайке решетки размещены дефлекторы - элементы, направляющие поперечные потоки теплоносителя в те зоны, где возможно его местное подкипание. Схема расположения дефлекторов выполнена сегментарно-симметричной, то есть повторяющейся в каждом сегменте решётки.
Подкипание в реакторе очень опасно, поскольку стержень перестаёт охлаждаться. Наша решётка имеет специальные «лопатки» (дефлекторы), которые направляют жидкость в поперечном направлении и не дают застаиваться. Она выравнивает температуру, как ложка, которой мешают горячий суп.
– подчеркнул Денис Доронков.
Изначально было около 10 вариантов конструкции решётки. На основе патентного анализа, расчетных исследований и консультаций с конструкторами и технологами предприятия-партнёра из атомной отрасли АО «ОКБМ Африкантов» был выбран один из наиболее оптимальных вариантов конструкции.
Преимущества
Авторы изобретения выделяют следующие ключевые результаты, достигнутые в запатентованной конструкции:
Повышенная безопасность. Направленные поперечные течения теплоносителя выравнивают температурное поле в поперечном сечении сборки и предотвращают возникновение местных зон перегрева (кризиса теплоотдачи), что повышает теплотехническую надёжность активной зоны.
Геометрическая стабильность. Жёсткая фиксация тепловыделяющих элементов при помощи пружинистых элементов и уголков жёсткости обеспечивает устойчивое положение всего пучка стержней, исключая нежелательные вибрации и фреттинг-коррозию (повреждение поверхности стержней от трения).
Упрощение производства и сборки. Применение пластин одинаковой ширины и толщины, а также симметричная схема расположения дефлекторов существенно сокращают количество уникальных деталей и упрощают технологический процесс сборки решётки по сравнению с существующими аналогами.
В отличие от прототипа (евразийский патент EA 041297), в котором использовались пластины разной ширины и несимметричная схема расположения дефлекторов, новая конструкция основана на пластинах единой конфигурации. Это позволило уменьшить число типоразмеров деталей и исключить расположение дефлекторов в непосредственной близости от поверхности тепловыделяющих элементов, что ранее создавало риск повреждения их оболочки при вибрациях. К тому же старые решётки были гораздо сложнее в сборке.
Работоспособность новой решётки проверялась с помощью компьютерного моделирования с помощью CFD-программы «ЛОГОС». Проведение экспериментальных исследований является следующим этапом.
С точки зрения экономики, беря также во внимание количество уникальных деталей, можно с уверенностью сказать, что удешевление производства новой решётки может составить более десяти процентов,
– сказал Денис Доронков.
В настоящее время проведён комплекс лабораторных испытаний и созданы первые прототипы решёток из пластика и металла. Новая решётка планируется к применению в активной зоне реакторов типа «РИТМ», эксплуатирующихся на новейших атомных ледоколах. Кроме того, изобретение можно использовать на атомных станциях малой мощности и плавучих атомных энергоблоках. После доработки конструкции решётка может быть применена в составе ядерных реакторов большой мощности (ВВЭР).
Техническое решение разработали девять учёных и инженеров НГТУ: Сергей Дмитриев, Татьяна Дёмкина, Александр Добров, Денис Доронков, Даниил Курицин, Данил Николаев, Антон Рязанов, Алексей Пронин и Дмитрий Солнцев.
Патент № 053629 выдало Нижегородскому государственному техническому университету им. Р.Е. Алексеева Евразийское патентное ведомство (ЕАПВ). Заявка № 202592110 была подана 13 августа 2025 года, патент выдан 2 июня 2026 года. Описание изобретения опубликовано в бюллетене Евразийского патентного ведомства «Изобретения (евразийские заявки и патенты)» № 6 за 2026 год.
Территория действия патента: при условии уплаты установленных годовых пошлин евразийский патент действует на территории восьми государств - участников Евразийской патентной конвенции: Азербайджанской Республики, Кыргызской Республики, Республики Армения, Республики Беларусь, Республики Казахстан, Республики Таджикистан, Российской Федерации и Туркменистана.
Источник: Минобрнауки России
