Рвемся ввысь

ПАТЕНТЫ / #8_2021
Материал подготовил Юрий СИДОРОВ / Иллюстрация: Openai.com/dall-e-2

У каждого ремесла есть приятные стороны, незаметные окружающим. Ученые, например, могут совершенно не следить за тем, что происходит в мире, полностью погрузившись в свои исследования. Мечты о глухих уголках планеты, далеких пляжах и спокойных морских глубинах воплотились в интересные изобретения.

Самоходная печь
Название: Ядерное устройство для генерации энергии (WO2022142621).

Авторы: Чжао Чен, Кангли Ши, Чэнцзе Дуань, Давэй Цуй, Руосян Цю, Сюань Ши, Цзимин Лин.

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

Сфера применения: перспективные ядерные реакторы.

Реактор состоит из топливных стержней и тепловых трубок, расположенных в графитовой матрице. Тепло от твэлов передается через слой жидкого теплоносителя. Это защищает матрицу от повреждений, вызванных высокими градиентами температуры и распуханием топливных стержней. Тепловые трубки соединены с термоэлектрическим генератором.

Конструкция вырабатывает электроэнергию для удаленных морских потребителей, надводных и подводных. По сравнению с традиционно применяющимися в таких условиях источниками энергии она более устойчива к перепадам температур и распуханию топлива.
Плавкий предохранитель
Название: Реактор бассейнового типа с расплавленной солью и жидкометаллическим охлаждением (WO2022146446).

Авторы: Джон Бенсон, Мэтью Меммотт.

Патентообладатель: Alpha Tech Research (США).

Сфера применения: перспективные ядерные реакторы.

Авторы предложили несколько вариантов реактора. В качестве топлива могут выступать тетрaфториды тория или урана, растворенные в соли-носителе, в качестве замедлителя — частицы алмаза, графит или карбид кремния. При повышении температуры или давления выше критического уровня в активную зону подается поглотитель нейтронов. Изобретатели предложили механизм пассивной безопасности, основанный на магнитном удержании поглощающего стержня. Если температура превышает критический уровень, магнитное поле ослабевает и стержень падает внутрь активной зоны.

Рассматриваются также варианты с подачей жидкого поглотителя, например, сплава индия и свинца. При нормальной работе реактора поглотитель может находиться в твердом состоянии, а при повышении температуры — плавиться, смешиваться с топливом и активно поглощать нейтроны.
Две поленницы
Название: Система отвода тепла с естественной циркуляцией для ядерного реактора со штабельной конструкцией (WO2022146870).

Авторы: Дерек Басс, Эрик Пол Левен, Хаакен Лизне.

Патентообладатель: GE-Hitachi Nuclear Energy Americas (США).

Сфера применения: пассивные системы охлаждения.

Авторы описывают пассивную систему воздушного охлаждения ядерного реактора, у которой вход и выход находятся на уровне верхней части реактора или выше. Сам реактор при этом может частично находиться под землей. Циркуляция воздуха организована так, чтобы холодный воздух двигался преимущественно вниз, а нагреваемый — вверх. Вход и выход системы охлаждения защищаются от воздействия внешних факторов организованным нагромождением булыжников или какой-либо иной прочной и тяжелой структурой. На входе могут быть установлены фильтры, улавливающие посторонние частицы. Защита входа и выхода может иметь сложную внутреннюю архитектуру.
Надежный щит
Название: Электропроводящий композит для защиты от микроволнового излучения (WO2022144777).

Автор: Норберто Сильви.

Патентообладатель: SHPP Global Technologies (Нидерланды).

Сфера применения: защита от излучения.

В автомобильной промышленности все более востребованными становятся радиолокационные системы обнаружения объектов. Для их надежной работы чувствительные датчики необходимо защищать от разрушительного излучения. Используемые металлические экраны тяжелые и требуют трудоемкой обработки. Изобретатель утверждает, что созданный им термопластичный материал превосходит известные аналоги, обеспечивая требуемые характеристики в широком диапазоне температур.
Надежный и бесшумный
Название: Микроядерный реактор (WO2022145633).

Авторы: Ын Су Ким, Хён Джин Шим, Докюн Ким, Ён Ин Ким, Дон Хёк Ли, Ён Бом Джо, Джин У Ким, Хун Чэ, Су-­Сан Парк, Джинхён Ким.

Патентообладатель: Seoul National University R&DB Foundation (Южная Корея).

Сфера применения: перспективные ядерные реакторы.

Разработка сверхкомпактных ядерных источников питания стимулируется ростом числа удаленных от развитой инфраструктуры потребителей электроэнергии. Системы наблюдения, военные воздушные и подводные беспилотники, космические зонды нуждаются в надежном, долговечном, необслуживаемом источнике питания. В предложенном авторами реакторе используется засыпная активная зона. В нижней части располагается крышка, которая открывается или расплавляется при превышении температурой активной зоны критического уровня. Тепловая трубка отводит энергию из активной зоны. Электрогенерация может выполняться с помощью термоэлектрических элементов.

Не исключается использование паро- или газотурбинного генератора, двигателя Стирлинга. Для управления реактивностью на периферии активной зоны установлены барабаны с отражателем и поглотителем нейтронов.
Двойной газ
Название: Система и способ энергогенерации на высокотемпературном газоохлаждаемом реакторе на двуокиси углерода (WO2022166185).

Авторы: Сяолун Ма, Хунчжи Ли, Фагуан Лян, Чуань Гао Хань, Мингю Яо, Жуйсян Чжан, Яо Яо, Цзюньфэн Лю, Кан Ли, Янь Юй, Чонси Чанг, Лин Йе, Вэйчао Пэн, Сяофэй Сюй, Де Ю.

Патентообладатель: Xi’an Thermal Power Research Institute (Китай).

Сфера применения: системы охлаждения ядерных реакторов.

Изобретатели предложили использовать гелий в качестве теплоносителя в первом контуре и двуокись углерода — во втором. Течение углекислого газа запускается с помощью электродвигателя, соединенного с турбиной муфтой. Как только работа, совершаемая турбиной, становится больше мощности двигателя, муфта отсоединяется. Отработавший в турбине газ нагнетается снова в теплообменник компрессором. Инертные газы не вступают в нежелательные химические реакции. Отказ от двухфазного теплоносителя повышает стабильность рабочего тела. Работа при более высоких температурах увеличивает КПД.
Ловушка для благородных
Название: Удаление радиоактивного благородного газа из газовой смеси (WO2022167669).

Авторы: Джаспер Мерманс, Доминик Мартенс, Анна Склярова, Стефан Хейниц, Томас Кардинаэльс.

Патентообладатель: SCK CEN (Бельгия).

Сфера применения: производство радиоактивных изотопов.

225Ас может использоваться в таргетной альфа-­терапии при лечении рака. У актиния подходящий период полураспада, он показал высокую эффективность в лечении рака — метастазного и на поздних стадиях. Циклотронный способ производства из 225Ra приводит к образованию радона. Для их разделения авторы предложили пропускать смесь газов через микропористую структуру, содержащую один из переходных металлов, например серебро.
Управление паром
Название: Интегрированная система ядерного реактора, включающая двой­ную защитную конструкцию, использующую жидкий азот (WO2022169133).

Автор: Хе Ен Шин.

Патентообладатель: Korea Hydro & Nuclear Power (Южная Корея).

Сфера применения: системы безопасности ядерных реакторов.

В реакторах с водяным теплоносителем перегрев активной зоны может привести к сильному росту давления в корпусе реактора. Это может разрушить корпус и спровоцировать выброс радиоактивных материалов в окружающую среду. Автор предложил систему сброса давления с ускоренным охлаждением пара и его конденсацией. На корпусе реактора устанавливается клапан для сброса давления в закорпусное изолированное пространство. В него же открывается другой клапан — для впрыска жидкого азота. Охлажденный конденсат может быть возвращен обратно в контур.
Доверительный интервал
Название: Вероятностная оценка деградации крепежа на атомных электростанциях (WO2022169928).

Автор: Райан Мельчер.

Патентообладатель: Framatome (США).

Сфера применения: конструкционные элементы ядерных реакторов.

Болты, заклепки, разъемные штифты и сварные швы используются в различных компонентах атомной электростанции. Заменить крепежный элемент внутри корпуса ­реактора сложно, между тем от его надежной работы может зависеть целостность тепловыделяющих элементов. Автор разработал вероятностный метод оценки ­времени работы крепежа до отказа. Предложенный подход учитывает условия работы элементов, неопределенность начальных параметров и использует методы машинного обучения для более точного предсказания результатов.
Повелитель морей
Название: Морское энергетическое сооружение и береговая атомная электростанция (WO2022187653).

Авторы: Матиас Тройер, Марсель Девос.

Патентообладатели: Prodigy Clean Energy (Канада), Матиас Тройер (Австрия, США).

Сфера применения: перспективные АЭС.

Размещение атомной электростанции на земле требует серьезной подготовки, найти подходящее место непросто. Транспортировка выработанной электроэнергии требует дополнительных затрат и увеличивает издержки. Авторы предложили конструкцию плавучей базы, пригодной для размещения малых модульных реакторов мощностью от 1 до 100 МВт. Каждый из них устанавливается в специальное посадочное место и может быть объединен с другими реакторами единой системой управления и преобразования тепла в электроэнергию.

Изобретатели продумали меры защиты от природных катаклизмов и падения летательных аппаратов. Не исключается пассивное охлаждение некоторых контуров с теплоносителем окружающей водой.
Мидии под гадолинием
Название: Способ получения функционального волокна из оксида вольфрама/гадолиния, имеющего структуру сердцевина-оболочка для защиты от рентгеновского и γ-излучения (WO2022166151).

Авторы: Лиронг Яо, Ен Ся, Тао Ян, Тонг Сун, Канвэй Пан, Сиджун Сюй, Тао Джи, Цян Гао.

Патентообладатель: Nantong University (Китай).

Сфера применения: защита от ионизирующего излучения.

Свинец дает хорошую защиту, но он токсичен и сильно рассеивает низкоэнергетическое излучение. Бессвинцовые материалы сложны в изготовлении. Вдохновленные изучением жизнедеятельности мидий, авторы нашли способ повысить адгезию — наносить гадолиниевое покрытие на частицы вольфрама. Полученный композит обладает отличными свой­ствами и может быть использован для изготовления легких и прочных защитных покрытий, хорошо поглощающих вторичное излучение.
Живой гель
Название: Способ обработки поверхностей или газовых сред с использованием ферромагнитного геля (WO2022184996).

Авторы: Альбан Госсар, Фабьен Фрэнсис, Юбер-­Александр Тюрк.

Патентообладатель: Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (Франция).

Сфера применения: дезактивация поверхностей, обращение с радиоактивными отходами.

Дезактивация труднодоступных мест и устранение сложных загрязнений могут стать непростыми задачами. Для доставки чистящего состава изобретатели предложили использовать магнит и гель, состоящий из коллоидного раствора с неорганическим загустителем, ферромагнитным соединением и растворителем. Гель наносится на доступный участок, а затем распределяется дальше с помощью магнита. После дезактивации состав застывает и может быть удален.

Авторы предусматривают возможность очистки воздуха от вредных взвесей: чистящее средство распыляют, капли связывают частицы пыли и оседают на пол. После застывания их можно удалить.
Вдруг взорвется…
Название: Подземный ядерный энергетический реактор с камерой для смягчения последствий взрыва (WO2022182402).

Автор и патентообладатель: Палваннанатан Ганесан. (США).

Сфера применения: экзотические АЭС.

Автор предложил установить реактор в подземную защитную камеру с крышкой. При необходимости провести ремонт или регламентное обслуживание можно открыть крышку и получить доступ к реактору. Если реактор взрывается, продукты взрыва и обломки направляются в ответвление с дефлекторами, смягчающими воздействие на стенки камеры.
Метод Гаусса
Название: Системы и способы непрерывного мониторинга состояния внутренних устройств ядерного реактора (WO2022183179).

Авторы: Грегори Баняй, Ричард Базель, Дэвид Дибасилио, Джереми Кетер, Грегори Мейер, Стивен Смит.

Патентообладатель: Westinghouse Electric Company (США).

Сфера применения: цифровой двой­ник.

Предложенная авторами система собирает данные с датчиков внутри реактора и хранит их в памяти. Вновь полученная информация сравнивается с поступившей ранее и используется для прогнозирования состояния реактора и выявления аномалий. С помощью алгоритмов машинного обучения, основанных на регрессии гауссовского процесса, удается построить цифровой двой­ник реактора, опираясь на сравнительно небольшое количество данных, которые можно получить от сенсоров.
Двой­ной посол
Название: Электрогенератор и реактор с расплавленной солью и встроенным первичным теплообменником (WO2022175624).

Автор: Жан-­Люк Александр.

Патентообладатель: NAAREA (Франция).

Сфера применения: перспективные реакторы.

В активной зоне реактора тепло, вырабатываемое топливной солью, передается соли-теплоносителю, циркулирующей в теплообменнике. Далее тепло передается второму контуру со сверхкритическим углекислым газом в качестве рабочего тела. Газ подается на турбину, вращение которой обеспечивает работу электрогенератора. Циркуляция солей в реакторе организована так, чтобы сделать его максимально компактным.

Авторы указывают на возможность достичь энерговыделения нескольких мегаватт в одном кубометре. Углеродсодержащий отражатель толщиной 15−30 см располагается снаружи активной зоны. Для защиты от излучения реактор дополнительно закрывается слоем свинца толщиной 5−20 см. При изготовлении реактора предлагается использовать аддитивные технологии. Допускается установка ториевого бланкета.
Свежее свежего
Название: Устройство изменяемого объема воздуха для вентиляции почвы и снижения концентрации радона (WO2022196867).

Автор: Джэ Сон Ли.

Патентообладатель: Betterlife (Южная Корея).

Сфера применения: защита от ионизирующего излучения.

Радон — сильный альфа-­излучатель и выделяется как из почвы, так и из материалов, используемых при строительстве домов. По силе деструктивного воздействия на организм он уступает курению, но все же часто становится причиной возникновения раковых заболеваний. Концентрация радона в помещениях может колебаться в зависимости от времени суток и других факторов. Сильное влияние могут оказывать частота проветриваний и эффективность вентиляции.

Авторы предложили усовершенствованную систему воздухообмена, реагирующую на концентрацию радона в каждом отдельном помещении. Вытяжки устанавливаются на уровне пола, воздух через систему трубопроводов с регулируемыми заслонками направляется наверх, к крыше, и выбрасывается за пределы здания.
Прозрачные измерения
Название: Устройство и способ измерения поглотителя нейтронов в жидкости (WO2022148731).

Авторы: Адриан Сари, Нухайла Табти.

Патентообладатель: Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (Франция).

Сфера применения: системы контроля реактивности.

Содержание бора в теплоносителе оказывает значительное влияние на реактивность. Традиционные системы контроля концентрации поглотителя измеряют ослабление потока при прохождении через слой жидкости. Такой подход приводит к необходимости учитывать и уменьшать методическую погрешность. Сечение поглощения нейтронов зависит от температуры, которая может меняться на контрольном участке, что приводит к искажению результатов.

Авторы предложили использовать набор детекторов, размещенных вдоль участка измерения. Для каждой концентрации и каждого распределения температуры проводятся калибровочные измерения. Для повышения эффективности регистрации детекторы могут закрываться слоем замедлителя различной толщины. Полученный набор данных сравнивается с базой данных, находится наиболее подходящий набор, которому соответствует искомая концентрация поглотителя. Измерения могут быть проверены расчетами по программе MCNP.

Предложенный способ позволяет оценить концентрацию бора в жидкости, не требуя измерения, независимого от температуры, а также компенсации калибровочной функции.

ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #8_2022