Ядерный реактор (варианты), топливная сборка из запально-воспроизводящих модулей для ядерного реактора (варианты) и топливный элемент топливной сборки

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР (ВАРИАНТЫ), ТОПЛИВНАЯ СБОРКА ИЗ ЗАПАЛЬНОВОСПРОИЗВОДЯЩИХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА (ВАРИАНТЫ) И ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ТОПЛИВНОЙ СБОРКИ(57) Изобретение относится к конструкциям легководных ядерных реакторов, в которых в качестве топлива применяется торий, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок, из которых сформированы активные зоны водо-водяных энергетических реакторов, таких как реактор ВВЭР-1000. В активной зоне ядерного реактора, содержащей топливную сборку (2) из запального и воспроизводящего модулей,сжигается ториевое топливо в воспроизводящем модуле вместе с обычным реакторным топливом, включающим непролиферативный обогащенный уран или энергетический плутоний в запальном модуле. Запальный модуль содержит пучок топливных элементов из обогащенного урана или энергетического плутония, при этом каждый топливный элемент имеет трехлепестковый профиль, образующий винтовые дистанционирующие ребра. Указанный пучок топливных элементов установлен в кожухе. Кожух с пучком топливных элементов запального модуля установлен в воспроизводящем модуле, который включает в себя силовой каркас с шестью продольными угловыми элементами (41) и дистанционирующими решетками (42),имеющими в центральной зоне отверстие для расположения в нм кожуха запального модуля. В силовом каркасе расположен пучок топливных элементов, выполненных из тория с добавлением обогащенного урана. Опорная часть (9) хвостовика (8) воспроизводящего модуля выполнена с возможностью сопряжения с опорным стаканом легководного реактора. Запальный и воспроизводящий модули имеют в плане форму правильного шестиугольника. Также топливная сборка содержит головку (7) с пружинным блоком для поджатия е к опорному стакану реактора и предотвращения всплытия топливных элементов при протекании теплоносителя. Запальный и воспроизводящий модули могут быть связаны между собой посредством замкового соединения или не иметь жесткой механической связи. Конструкция топливной сборки в соответствии с изобретением обеспечивает е полную совместимость с существующими топливными сборками, используемыми в реакторах ВВЭР-1000. Разборность двухсекционной топливной сборки позволяет обеспечить независимую перегрузку запального модуля, при этом возможность более частой перезагрузки запального модуля создает наиболее благоприятные условия (по нейтронному балансу и длительности облучения) для тория в воспроизводящем модуле. 015019 Область техники Изобретение относится в целом к конструкциям легководных ядерных реакторов, в которых в качестве топлива применяется торий, в частности к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок, из которых сформированы активные зоны водо-водяных энергетических реакторов, таких как реактор ВВЭР-1000. Предшествующий уровень техники Ядерная энергия остается сегодня важным энергетическим ресурсом во всем мире. Многие страны,не имеющие достаточных местных ископаемых топливных ресурсов, полагаются в основном на ядерную энергию для получения электричества. Во многих других странах ядерная энергия используется в качестве конкурирующего источника получения электричества, который также увеличивает разнообразие используемых видов энергии. Кроме того, ядерная энергия также вносит очень важный вклад в достижение таких целей, как управление загрязнением окружающей среды, связанным с ископаемым топливом(например, кислотные дожди, глобальное потепление), и сохранение ископаемого топлива для будущих поколений. Несмотря на то что безопасность определенно является главным вопросом при конструировании и эксплуатации ядерных реакторов, другой главный вопрос заключается в опасности распространения материалов, которые могут использоваться в ядерном оружии. Это особенно касается стран с нестабильными правительствами, чье обладание ядерным оружием может создать значительную угрозу мировой безопасности. Поэтому ядерная энергия должна вырабатываться и использоваться таким образом, чтобы это не приводило к распространению ядерного оружия и возникающему в результате риску его использования. Все имеющиеся в настоящее время ядерные реакторы создают большое количество материала, который принято называть реакторным плутонием. Например, обычный реактор на 1000 МВт создает порядка 200-300 кг в год реакторного плутония, который может быть пригоден для изготовления ядерного оружия. Таким образом, топливо, выгруженное из активной зоны обычных реакторов, является сильно размножающимся материалом, и требуются меры предосторожности для того, чтобы выгруженное топливо не попало в руки тех лиц, которые не имеют права им владеть. Сходная проблема безопасности существует также в связи с огромными запасами оружейного плутония, которые созданы в США и в странах бывшего СССР при демонтаже ядерного оружия. Другая проблема, связанная с работой обычных ядерных реакторов, связана с постоянной необходимостью захоронения долгоживущих радиоактивных отходов, а также с быстрым истощением мировых ресурсов природного уранового сырья. Для решения вышеупомянутых проблем в последнее время были сделаны попытки создать ядерные реакторы, которые работают на относительно небольших количествах непролиферативного обогащенного урана (обогащенный уран имеет содержание U-235 20% или менее) и не вырабатывают значительных количеств размножающихся материалов, таких как плутоний. Примеры таких реакторов раскрыты в международных заявках WO 85/01826 и 93/16477, в которых раскрыты реакторы с двойной активной зоной,содержащей запальную зону и зону воспроизводства, которые получают значительный процент своей мощности из зон воспроизводства с торием в качестве топлива. Зоны воспроизводства окружают по кругу запальную зону, в которой находятся топливные стержни из непролиферативного обогащенного урана. Уран в топливных стержнях запальной зоны выделяет нейтроны, которые захватываются торием в зонах воспроизводства, благодаря чему создается способный к ядерному делению U-233, который сгорает на месте и выделяет тепло для силовой установки реактора. Использование тория в качестве топлива для ядерного реактора является привлекательным, поскольку запасы тория в мире значительно превосходят запасы урана. Кроме того, оба указанных выше реактора являются "непролиферативными" в том смысле, что ни исходное загружаемое топливо, ни топливо, выгружаемое в конце каждого топливного цикла, не подходят для производства ядерного оружия. Это достигается за счет того, что применяется только непролиферативный обогащенный уран в качестве топлива запальной зоны, причем выбираются отношения объемов замедлитель/топливо, которые сводят к минимуму образование плутония, и добавляется небольшое количество непролиферативного обогащенного урана в зону воспроизводства, в которой компонента U-238 однородно смешивается с остающимся в конце цикла воспроизводства U-233 и "денатурирует" (изменяет естественные свойства) U-233,вследствие этого он становится непригодным для изготовления ядерного оружия. К сожалению, ни одна из указанных выше конструкций реактора не является истинно "непролиферативной". В частности, обнаружено, что обе эти конструкции приводят к уровню образования пролиферативного плутония в запальной зоне, превышающему минимально возможный уровень. Использование круговой запальной зоны с внутренней или центральной зоной воспроизводства и внешней окружающей зоной воспроизводства не может обеспечить работу реактора как "непролиферативного" реактора, поскольку тонкая круговая запальная зона имеет соответственно небольшую "оптическую толщину", которая приводит к тому, что спектр (нейтронов) запальной зоны будет доминировать над значительно более жестким спектром внутренней и внешней зон воспроизводства. Это приводит к возникновению в запальной зоне большей доли надтепловых нейтронов и большему, чем минимальное количество, производству-1 015019 размножающегося плутония. Обе эти предыдущие конструкции реактора, кроме того, не оптимизированы, исходя из стандартной точки рабочих параметров. Например, отношения объемов замедлитель/топливо в запальной зоне и зонах воспроизводства особенно критичны для получения в запальной зоне минимального количества плутония, для того чтобы из топливных стержней запальной зоны выделялось адекватное количество тепла и обеспечивалось оптимальное преобразование тория в U-233 в зоне воспроизводства. Исследования показали, что предпочтительные значения отношения замедлитель/топливо, указанные в этих международных заявках, слишком высоки в запальных зонах и слишком низки в зонах воспроизводства. Предыдущие конструкции активной зоны реактора также не особенно эффективны при потреблении непролиферативного обогащенного урана в топливных элементах запальной зоны. В результате, топливные стержни, выгруженные в конце каждого цикла топлива запальной зоны, содержали так много оставшегося урана, что их требовалось перерабатывать для повторного использования в другой активной зоне реактора. Реактор, раскрытый в заявке WO 93/16477, также требует сложной механической схемы управления реактором, которая делает неподходящим его для переоснащения им активной зоны обычного реактора. Аналогично, активная зона реактора, раскрытого в заявке WO 85/01826, не может быть легко перенесена в обычную активную зону, поскольку ее конструктивные параметры не совместимы с параметрами обычной активной зоны. И наконец, обе предыдущие конструкции реакторов были сконструированы специально для сжигания непролиферативного обогащенного урана с торием и они не подходят для потребления большого количества плутония. Следовательно, ни одна из этих конструкций не обеспечивает решение проблемы по хранящемуся накопленному плутонию. Известен реактор по патенту RU 2176826 с активной зоной, включающей множество запальновоспроизводящих модулей, каждый из которых содержит центральную запальную зону, причем запальная зона включает топливные элементы запальной зоны, выполненные из материала, способного к ядерному делению, содержащего уран-235 и уран-238, круговую зону воспроизводства, окружающую запальную зону и включающую топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие преимущественно торий и 10 об.% или менее обогащенного урана, замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов замедлителя к топливу находится в диапазоне значений от 2,5 до 5,0, и замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение замедлителя к топливу находится в диапазоне значений 1,5-2,0. При этом каждый из топливных элементов запальной зоны состоит из сплава уран-цирконий, а запальная зона составляет 25-40% от общего объема каждого запально-воспроизводящего модуля. Известный реактор обеспечивает оптимальную работу с точки зрения экономичности и не является"пролиферативным". Этот реактор может быть использован для потребления больших количеств плутония с торием, не создавая при этом отходов, являющихся пролиферативными материалами. При этом данный реактор производит значительно меньшие количества высокорадиоактивных отходов, вследствие чего значительно уменьшаются потребности в местах длительного хранения отходов. Однако используемые в данном реакторе запально-воспроизводящие модули не приспособлены для использования их в существующих легководных реакторах типа ВВЭР-1000. Из описания к патенту RU 2222837 известна топливная сборка легководного реактора, аналогичного описанному выше реактору, которая имеет, в частности, шестиугольную форму поперечного сечения,что позволяет установить указанную топливную сборку из запально-воспроизводящих модулей в обычный легководный реактор. Однако кроме указания на форму поперечного сечения сборки, в описании к указанному выше патенту не содержится информации о конструктивном выполнении сборки, позволяющим установить ее в существующий легководный реактор типа ВВЭР-1000 без внесения каких-либо изменений в конструкцию реактора. Известна топливная сборка легководного реактора по патенту RU 2294570, содержащая пучок тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках,хвостовик и головку, причем дистанционирующие решетки соединены между собой и с хвостовиком элементами, расположенными по длине тепловыделяющей сборки, а головка состоит из соединенных верхней и нижней плит, обечайки, расположенной между упомянутыми плитами, и пружинного блока,при этом обечайка головки снабжена наружными ребрами, соединенными между собой по выступающим частям ободом и по нижним частям - перфорированными пластинами. Известная топливная сборка относится к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок, из которых сформированы активные зоны водо-водяных энергетических реакторов, таких как ВВЭР-1000, и обладает повышенными эксплуатационными качествами за счет повышенной жесткости, уменьшенной длины головки и увеличенного свободного пространства между пучком тепловыделяющих элементов и головкой с одновременным увеличением длины тепловыделяющих элементов. Это позволяет увеличить загрузку в топливную сборку топлива с большей глубиной выгорания и тем самым увеличить мощность активной зоны реактора, а также продолжительность эксплуатации тепловыделяющей сборки. Однако в этой сборке все тепловыделяющие элементы выполнены из традиционно используемого в-2 015019 реакторах типа ВВЭР-1000 делящегося материала, следовательно реактору с такими сборками присущ описанный выше недостаток - создание большого количества реакторного плутония. Задачей изобретения является создание топливной сборки, которая, с одной стороны, вырабатывает значительную часть своей мощности в зоне воспроизводства с торием в качестве топлива и не создает при ее использовании отходов, являющихся пролиферативными материалами, а, с другой стороны, может быть установлена в существующий легководный реактор типа ВВЭР-100 без необходимости его существенной модификации. Раскрытие изобретения Указанная задача в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения решается тем,что топливная сборка легководного реактора, имеющая в плане форму правильного шестиугольника,содержит запальный модуль, окружающий его воспроизводящий модуль, головку, хвостовик и силовой каркас, при этом запальный модуль содержит пучок топливных элементов, каждый из которых имеет сердечник, включающий обогащенный уран или энергетический плутоний, при этом сердечник охвачен снаружи оболочкой из циркониевого сплава, и имеет трехлепестковый профиль, образующий винтовые дистанционирующие ребра; хвостовую часть запального модуля с закрепленной на ней опорной решеткой для фиксации топливных элементов запального модуля; соединенный с хвостовой частью запального модуля кожух, имеющий в плане форму правильного шестиугольника и расположенный вокруг пучка топливных элементов; закрепленную на кожухе в его верхней части направляющую решетку для установки топливных элементов с возможностью их свободного осевого перемещения; центральную трубку,образующую направляющий канал для размещения в нем средств контроля, и закрепленные на опорной решетке периферийные трубки, образующие направляющие каналы для введения поглощающих стержней и стержней аварийной защиты и установленные в головке с возможностью упругого осевого смещения; при этом воспроизводящий модуль включает в себя силовой каркас, образованный шестью продольно расположенными угловыми элементами с закрепленными на них дистанционирующими решетками, имеющими в центральной зоне отверстие для расположения в нем кожуха запального модуля; установленный в силовом каркасе пучок топливных элементов, выполненных из тория с добавлением обогащенного урана; и хвостовую часть воспроизводящего модуля, в которой закреплены топливные элементы воспроизводящего модуля, выполненную с возможностью сопряжения с опорным стаканом легководного реактора, при этом хвостовая часть воспроизводящего модуля и хвостовая часть запального модуля связаны между собой посредством разъемного соединения и образуют хвостовик топливной сборки. При этом головка может быть снабжена нажимным элементом, контактирующим с кожухом запального модуля. В другом варианте осуществления изобретения топливная сборка, имеющая в плане форму правильного шестиугольника, содержит запальный модуль, окружающий его воспроизводящий модуль, головку, хвостовик, выполненный с возможностью сопряжения с опорным стаканом легководного реактора, и силовой каркас, при этом запальный модуль содержит пучок топливных элементов, каждый из которых имеет сердечник, включающий обогащенный уран или энергетический плутоний, при этом сердечник охвачен снаружи оболочкой из циркониевого сплава, и имеет трехлепестковый профиль, образующий винтовые дистанционирующие ребра; хвостовую часть запального модуля с закрепленной на ней опорной решеткой для фиксации топливных элементов запального модуля; соединенный с хвостовой частью запального модуля кожух, имеющий в плане форму правильного шестиугольника и расположенный вокруг пучка топливных элементов; закрепленную на кожухе в его верхней части направляющую решетку для установки топливных элементов с возможностью их свободного осевого перемещения; центральную трубку, образующую направляющий канал для размещения в нем средств контроля, и периферийные трубки, образующие направляющие каналы для введения поглощающих стержней и стержней аварийной защиты и установленные в головке с возможностью упругого осевого смещения; при этом воспроизводящий модуль включает в себя силовой каркас, образованный шестью продольно расположенными угловыми элементами с закрепленными на них дистанционирующими решетками, имеющими в центральной зоне отверстие для расположения в нем кожуха запального модуля; установленный в силовом каркасе пучок топливных элементов, выполненных из тория с добавлением обогащенного урана и закрепленных на хвостовике; а также несколько силовых трубок, закрепленных на хвостовике, при этом головка снабжена средством, обеспечивающим возможность упругого осевого смещения указанных силовых трубок. По крайней мере в одном из указанных вариантов осуществления изобретения преимущественно вдоль продольной оси сердечника расположен вытеснитель из циркония или его сплава, имеющий в поперечном сечении форму правильного треугольника, что способствует более равномерному распределению температур в объеме сердечника. Также по крайней мере в одном из указанных вариантов осуществления изобретения шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер составляет от 5 до 20% длины топливного элемента. Кроме того, по крайней мере в одном из указанных вариантов осуществления изобретения топливные элементы запального модуля ориентированы в окружном направлении так, что по крайней мере в-3 015019 одном поперечном сечении пучка топливных элементов трехлепестковые профили любых двух смежных топливных элементов имеют общую плоскость симметрии, проходящую через оси этих же смежных топливных элементов. Также по крайней мере в одном из указанных вариантов осуществления изобретения сердечник предпочтительно выполнен из U-Zr сплава с объемным содержанием урана до 30%, при этом уран обогащен до 20% по изотопу урана-235, а сердечник выполнен из Pu-Zr сплава с объемным содержанием энергетического плутония до 30%. Кроме того, объектом изобретения является легководный реактор, содержащий множество топливных сборок, по меньшей мере одна из которых выполнена в соответствии с одним из описанных выше вариантов выполнения. При этом в реакторе могут быть установлены как несколько, так и все топливные сборки в соответствии с описанными выше вариантами выполнения. Краткое описание чертежей Особенности и достоинства настоящего изобретения будут очевидны из последующего детального описания его предпочтительных вариантов осуществления с учетом прилагаемых чертежей, на которых фиг. 1 - схематичная иллюстрация поперечного сечения активной зоны ядерного реактора, содержащей топливные сборки, выполненные согласно настоящему изобретению; фиг. 2 - общий вид сбоку топливной сборки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения с частичными разрезами; фиг. 3 - головка топливной сборки по фиг. 2 в продольном разрезе в увеличенном масштабе; фиг. 4 - хвостовик топливной сборки по фиг. 2 в продольном разрезе в увеличенном масштабе; фиг. 5 - поперечное сечение топливного элемента запального модуля; фиг. 6 - поперечное сечение по А-А топливной сборки по фиг. 2; фиг. 7 - общий вид сбоку топливной сборки в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения с частичными разрезами; фиг. 8 - головка топливной сборки по фиг. 7 в продольном разрезе в увеличенном масштабе; фиг. 9 - хвостовик топливной сборки по фиг. 7 в продольном разрезе в увеличенном масштабе. Варианты осуществления изобретения На фиг. 1 показана активная зона 1 ядерного реактора, содержащая множество топливных сборок 2,включающих запальную зону и зону воспроизводства, из которых формируют гексагональную конфигурацию, причем сами топливные сборки имеют в плане форму правильного шестиугольника. Активная зона 1 имеет такую же геометрическую конфигурацию и размеры, что и в обычном легководном реакторе ВВЭР-1000, так что можно переоснастить этот реактор такими сборками и сформировать активную зону из 163 топливных сборок 2. Различие между активной зоной 1 и активной зоной реактора ВВЭР-1000 заключается в составе и конструкции топливных сборок 2, как это будет раскрыто ниже более подробно. Показанные здесь активная зона 1 и топливные сборки 2 разработаны для использования в обычном легководном реакторе ВВЭР-1000, однако подобные активная зона и топливные сборки могут быть сформированы для использования в других стандартных или специально спроектированных реакторах, не выходя за рамки настоящего изобретения. Активная зона 1 окружена отражателем 3, который предпочтительно состоит из множества сборок 4 отражателя. Каждая сборка 4 отражателя предпочтительно содержит смесь воды и металла корзины активной зоны/сосуда высокого давления. Кроме того, каждая сборка 4 отражателя может быть также выполнена преимущественно из оксида тория. На фиг. 2 показан общий вид первого варианта выполнения каждой из топливных сборок 2. Топливная сборка 2 содержит запальный модуль 5, окружающий его воспроизводящий модуль 6,головку 7 и хвостовик 8, контактирующий своей опорной частью 9 с опорным стаканом реактора (не показан). Топливная сборка в плане имеет форму правильного шестиугольника. Запальный модуль 5 содержит пучок топливных элементов 10, например, в количестве 108 элементов, установленных на опорной решетке 11, которая закреплена на хвостовой части запального модуля 5. С хвостовой частью запального модуля 5 соединен кожух 12 шестиугольного сечения, охватывающий пучок топливных элементов 10. В верхней части кожуха 12 закреплена направляющая решетка 13 для установки топливных элементов 10 с возможностью их свободного осевого перемещения. Каждый из топливных элементов запального модуля имеет сердечник 14, включающий обогащенный уран или энергетический плутоний. Преимущественно сердечник выполнен из U-Zr сплава, причем объемное содержание урана в топливной композиции составляет до 25% при обогащении по изотопу урана-235 19,7%. Снаружи сердечник 14 охвачен оболочкой 15 из циркониевого сплаваи имеет трехлепестковый профиль, образующий винтовые дистанционирующие ребра 16 (фиг. 5). Вдоль продольной оси сердечника 14 расположен вытеснитель 17 из циркония или его сплава, имеющий в поперечном сечении форму правильного треугольника. Топливный элемент 10 запального модуля может быть изготовлен методом совместного прессования (выдавливания через матрицу) в виде единой сборочной единицы. Шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер 16 выбран из условия взаимного расположения осей смежных топливных элементов 10 на расстоянии, равном диаметру описанной окружности в поперечном сечении топливного элемента, и составляет от 5 до 20% длины топливного элемента. Стабильность размещения топливных элементов 10-4 015019 по высоте обеспечивается внизу - опорной решеткой 11; вверху - направляющей решеткой 13; по высоте активной зоны - системой бандажей (не показаны), размещенных в кожухе равномерно по высоте пучка. Топливные элементы 10 запального модуля ориентированы в окружном направлении так, что по крайней мере в одном поперечном сечении пучка топливных элементов трехлепестковые профили любых двух смежных топливных элементов имеют общую плоскость симметрии, проходящую через оси этих же смежных топливных элементов (фиг. 5). Кроме того, запальный модуль содержит центральную трубку 18, образующую направляющий канал для размещения в нем средств контроля, и закрепленные на опорной решетке 13 периферийные трубки 19, образующие направляющие каналы для введения поглощающих элементов органов регулирования и аварийной защиты на основе карбида бора (В 4 С) и титаната диспрозия (Dy2O3TiO2) (не показаны) и стержней выгорающего поглотителя на основе карбида бора или окиси гадолиния (Gd2O3) (не показаны) и установленные в головке 7 с возможностью упругого осевого смещения. Образующие направляющие каналы периферийные трубки 19 выполнены из циркониевого сплава. Головка 7 (фиг. 3) состоит из пружинного блока, включающего предварительно сжатые пружины 20, верхней плиты 21, обечайки 22 и нижней плиты 23. Обечайка 22 состоит из двух телескопически соединенных частей: верхней части 24, жестко связанной с верхней плитой 21, и нижней части 25, жестко связанной с нижней плитой 23. Внутри обечайки 22 расположен пружинный блок, включающий пружины 20. Периферийные трубки 19 вставлены во втулки 26 и выполнены с возможностью воздействия на нижние торцы этих втулок (например, за счет наличия ступеньки на внешней поверхности трубки 19). Втулки 26 имеют фланец, в который упираются пружины сжатия пружинного блока 20. Другие концы пружин 20 упираются в верхнюю плиту 21. Верхние части трубок 19 свободно проходят через отверстия в верхней плите 21, а втулки 26 - через отверстия в нижней плите 23. На верхних концах трубок 19 имеются упоры 27. Центральная трубка 18 установлена аналогично периферийным трубкам 19 с тем лишь отличием, что она свободно проходит через нижнюю плиту без использования втулки. При этом пружина 20, через которую проходит центральная трубка 18, упирается непосредственно в нижнюю плиту 23 головки 7. Для ограничения расстояния между плитами 21 и 23 на нижней плите 23 закреплена стяжка 28 с упором 29 на верхнем конце, причем стяжка 28 свободно проходит через отверстие в верхней плите 21. К нижней плите 23 головки прикреплен нажимной элемент 30, контактирующий с кожухом 12 запального модуля 5. Таким образом, приложенная к верхней плите 21 нагрузка при зафиксированном от осевого перемещения кожухе 12 передается на опорную решетку 11 как через периферийные трубки 19, так и непосредственно через кожух 12. Головка может быть выполнена без втулок 26. В этом случае все пружины 20 пружинного блока упираются в нижнюю плиту 23, а периферийные трубки 19 свободно проходят через соответствующие отверстия в нижней плите 23 (аналогично центральной трубке 18). При этом вся приложенная к верхней плите 21 нагрузка при зафиксированном от перемещения кожухе 12 передается на опорную решетку 11 непосредственно через кожух 12. Хвостовая часть запального модуля 5 содержит скрепленное с кожухом 12 замковое устройство 31,включающее цилиндрическую стенку 32 с отверстиями 33, установленные в отверстиях шарики 34 и установленный подвижно в осевом направлении запирающий элемент 35 с кольцевой канавкой 36. Замковое устройство 31, обеспечивающее соединение запального модуля 5 с хвостовой частью 37 воспроизводящего модуля, может быть выполнено и любым другим образом, важно лишь обеспечить разъемное соединение хвостовых частей запального и воспроизводящего модулей. Воспроизводящий модуль 6 включает в себя силовой каркас 38, установленный в нем пучок топливных элементов 39 и хвостовую часть 40. Силовой каркас 38 образован шестью продольно расположенными угловыми элементами 41 с закрепленными на них посредством контактной точечной сварки дистанционирующими решетками 42. Каждая дистанционирующая решетка 42 представляет собой решетку сотового типа, образующую множество (в частности, 228) ячеек, заключенных в обод как по наружному, так и по внутреннему шестиграннику. Дистанционирующая решетка 42 обеспечивает требуемый шаг расположения топливных элементов 39, требуемую длину контакта с ними для обеспечения возможности проскальзывания в ячейках дистанционирующих решеток топливных элементов 39 при их радиационном и температурном удлинении, минимально возможные усилия протаскивания топливных элементов для уменьшения внутренних напряжений в их пучке, а также необходимый исходный натяг для исключения фреттинг-коррозии топливных элементов в процессе эксплуатации. Дистанционирующие решетки 42 имеют в центральной зоне отверстие для расположения в нем кожуха 12 запального модуля 5. В своей нижней части угловые элементы 41 жестко соединены с хвостовой частью 40 воспроизводящего модуля 6, в которой закреплена опорная решетка 43 воспроизводящего модуля для крепления топливных элементов 39. Опорная решетка 43 воспроизводящего модуля 6 обеспечивает механическую прочность при воздействии нагрузок в режимах с нормальными условиями эксплуатации, режимах с нарушениями нормальных условий эксплуатации и проектных авариях, а также обеспечивает требуемое по расчетам гидравлическое сопротивление. Пучок топливных элементов 39 воспроизводящего модуля включает множество (в частности, 228)-5 015019 топливных элементов, выполненных из композиции, включающей 12 об.% UO2 и 88 об.% ThO2 при обогащении по изотопу урана-235 19,7%. Отношение объема всех топливных элементов запального модуля Vзап к объему всех топливных элементов воспроизводящего модуля Vвoc составляет примерно 0,72. Хвостовая часть 40 воспроизводящего модуля 6 содержит опорную решетку 43, корпус 44 и жестко связанное с ним посредством распорок 45 кольцо 46, взаимодействующее с замковым устройством 31. На опорной решетке 43 закреплены концы топливных элементов 39 воспроизводящего модуля. Опорная решетка 43 обеспечивает механическую прочность при воздействии нагрузок в режимах с нормальными условиями эксплуатации, режимах с нарушениями нормальных условий эксплуатации и проектных авариях, а также обеспечивает требуемое гидравлическое сопротивление пропусканию теплоносителя (воды). Корпус 44 выполнен с возможностью сопряжения с опорным стаканом (не показан) легководного реактора и является направляющим устройством для подачи теплоносителя в зоны запального и воспроизводящего модулей. На фиг. 7-9 показан второй вариант выполнения каждой из топливных сборок 2. Этот вариант отличается от изображенного на фиг. 2-4 тем, что запальный и воспроизводящий модули жестко не соединены между собой. Как показано на фиг. 9, в хвостовой части запального модуля вместо замкового устройства 31 имеется цилиндрический хвостовик 47, а в хвостовой части 40 воспроизводящего модуля 6 корпус 44 выполнен без распорок 45 и кольца 46, показанных на фиг. 4. При этом обечайка 22 головки 7 (фиг. 8) в отличие от варианта, показанного на фиг. 3, выполнена в виде единой детали, и к ней жестко (например, сваркой) прикреплен дополнительный пружинный блок 48. Дополнительный пружинный блок 48 преимущественно содержит несколько (например, шесть) равномерно распределенных по окружности дополнительных верхних плит 49, жестко соединенных с обечайкой 22, дополнительную нижнюю плиту 50, жестко связанную с нижней плитой 23, оболочку 51, прикрепленную к дополнительным плитам 49 и 50, пружины сжатия 52 и силовые трубки 53. Силовые трубки 53 своими нижними концами закреплены на опорной решетке 43 воспроизводящего модуля 6. Верхние части силовых трубок 53 выполнены и расположены в дополнительных верхних и нижней плитах 49 и 50 аналогично периферийным трубкам 19, т.е. трубки 53 вставлены во втулки 26 и выполнены с возможностью воздействия на эти втулки по направлению вверх. Пружины сжатия 52 дополнительного пружинного блока 48 одними концами упираются во фланцы втулок 26, а другими концами - в дополнительные верхние плиты 21. Верхние части силовых трубок 53 свободно проходят через отверстия в дополнительных верхних плитах 49, а втулки 26 - через отверстия в дополнительной нижней плите 50. На верхних концах силовых трубок 53 имеются упоры 54. Перед установкой тепловыделяющей сборки в реактор сначала собирают по отдельности запальный модуль 5 и воспроизводящий модуль 6. При сборке запального модуля в соответствии с первым вариантом его выполнения соединяют топливные элементы 10 с направляющей решеткой 13, закрепленной в кожухе 12, а центральную трубку 18 и периферийные трубки 19, кроме фиксации в направляющей решетке 13, соединяют с головкой. При этом трубки 18 и 19 пропускают через втулки 17, установленные в отверстиях в нижней плите, через пружины 20 и через отверстия в верхней плите 21. После этого на верхних концах этих трубок закрепляют упоры 27 (например, посредством резьбового или байонетного соединения). Топливные элементы 39 воспроизводящего модуля устанавливают в силовой каркас 9, пропуская их при этом через дистанционирующие решетки 42 и закрепляя на опорной решетке 43. Затем собранные запальный и воспроизводящий модули соединяют между собой с образованием единой топливной сборки, пропуская кожух 12 запального модуля 5 через отверстия в центральной части дистанционирующих решеток 42. Конфигурация указанных отверстий в центральной части дистанционирующих решеток 42 соответствует форме поперечного сечения кожуха 12, так что кожух 12 свободно проходит через эти отверстия. При этом запирающий элемент 35 в хвостовой части запального модуля сдвинут вверх, так что шарики 34, установленные в отверстиях 33 цилиндрической стенки 32, имеют возможность смещения в кольцевую канавку 36, давая возможность прохода цилиндрической стенки 32 в кольцо 46. После упора хвостовой части запального модуля в верхнюю торцевую поверхность кольца 46 запирающий элемент 36 сдвигают вниз. При этом шарики 34 выдавливаются из канавки 36, сдвигаясь наружу в отверстиях 33 и выступая из стенки 32. В результате из-за взаимодействия выдвинутых шариков и нижней торцевой поверхности кольца 46 исключается возможность перемещения вверх хвостовой части запального модуля относительно хвостовой части воспроизводящего модуля. Таким образом, запальный и воспроизводящий модули образуют единую топливную сборку 2. После установки топливной сборки 2 в реактор 1 и упора хвостовика 8 в опорный стакан (не показан) легководного реактора топливная сборка 2 поджимается верхней плитой реактора (не показана) путем упора в торец обечайки верхней плиты 21 головки 7. Затем усилие передается на пружинный блок с пружинами 20, который поджимается на величину, рассчитанную таким образом, чтобы удержать топливную сборку 2 от всплытия в потоке движущегося снизу теплоносителя; при этом верхняя плита 21 головки 7 опускается относительно нижней плиты 23 на величину поджатия пружинного блока. Возможность опускания верхней плиты 21 относительно нижней плиты 23 головки 7 обеспечивается телескопи-6 015019 ческим соединением верхней части 24 обечайки 22, жестко связанной с верхней плитой 21, и нижней части 25 обечайки 22, жестко связанной с нижней плитой 23. Далее усилие от нижних торцов пружин 20 пружинного блока через втулки 26, воздействующие своими нижними торцами на периферийные трубки 19, передается на периферийные трубки 19 и далее на опорную решетку 11 и через хвостовую часть запального модуля, замковое устройство 31, кольцо 46,распорки 45 на хвостовую часть 44 воспроизводящего модуля 6, который входит в контакт с опорным стаканом (не показан) легководного реактора. Кроме того, часть усилия поджатия от верхней плиты реактора передается на кожух 12 запального модуля посредством действия на нажимной элемент 30 усилия охватывающей центральную трубку 18 пружины 20, упирающейся непосредственно в нижнюю плиту 23, жестко соединенную с упомянутым нажимным элементом. В случае выполнения головки 7 без втулок 26 все усилие поджатия передается через кожух 12. Теплоноситель поступает в топливную сборку 2 через корпус 44 хвостовой части воспроизводящего модуля 6, при этом поток теплоносителя делится на две части, одна из которых протекает внутри кожуха 12 запального модуля, омывая топливные элементы 10 запального модуля, а другая - снаружи кожуха 12,омывая топливные элементы 39 воспроизводящего модуля. Действующее от верхней плиты реактора (не показана) усилие поджатия головки 7 препятствует всплытию топливных элементов при заданном расходе теплоносителя. При этом пропускание требуемого (для снятия с топливной сборки номинальной мощности) расхода теплоносителя через запальные и воспроизводящие модули при номинальном перепаде давления (используемом в существующих реакторах ВВЭР-1000) по высоте топливных сборок и при сохранении их работоспособности обеспечивается: использованием кожуха 12 между запальными и воспроизводящими модулями; формой топливных элементов 10 запального модуля (трехлепестковый профиль), их взаимной ориентацией в окружном направлении и величиной аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер 16, что способствует получению развитой поверхности теплообмена и значительно более равномерному распределению температуры теплоносителя в поперечном сечении запального модуля за счет принудительного конвективного перемешивания теплоносителя. Полная гидравлическая характеристика топливной сборки 2 практически совпадает с характеристикой штатной топливной сборки, что обеспечит сохранение сопротивления активной зоны реактора ВВЭР-1000 с топливными сборками согласно изобретению на уровне штатного значения. Таким образом,установка топливных сборок в соответствии с настоящим изобретением в реактор ВВЭР-1000 не приводит к изменению расхода теплоносителя в первом контуре реактора. Топливные элементы 10 запального модуля, нагреваясь в процессе работы, начинают удлиняться вверх за счет теплового и радиационного роста; при этом пучок топливных элементов 10 растет независимо от периферийных трубок 19, т.к. последние с гарантированным зазором проходят сквозь ячейки направляющей решетки 13. Таким образом, пучок топливных элементов 10 не оказывает воздействия на несущие силовую нагрузку периферийные трубки 19 и не деформируют их, следовательно сохраняется геометрическая стабильность формы топливной сборки 2 в процессе работы. Топливные элементы 39 воспроизводящего модуля в процессе работы увеличиваются в длине и начинают за счет радиационного роста занимать свободное пространство между их торцами и головкой 7. Работа топливной сборки 2 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения осуществляется аналогичным образом, с тем лишь отличием, что поджатие корпуса 44 воспроизводящего модуля к опорному стакану реактора осуществляется путем передачи усилия поджатия от верхней плиты реактора через силовые трубки 53, а запальный модуль, не скрепленный с воспроизводящим модулем,удерживается от всплытия за счет действия пружин 20 на фланцы втулок 26, передающих усилие на опорную решетку 11 запального модуля. Использование настоящего изобретения позволяет добиться экономии природного урана за счет наличия в конструкции топливной сборки ториевой части (воспроизводящий модуль), т.к. торий в процессе выгорания накапливает вторичное ядерное горючее в виде урана-233, сгорание которого вносит существенный вклад в энерговыработку активной зоны с такими сборками. Это приводит к улучшению характеристик нераспространения и упрощению проблем обращения с отработавшими топливными сборками,поскольку в значительной степени снижается (на 80%) накопление традиционного для реакторов ВВЭР-1000 вторичного ядерного горючего (энергетического плутония, пригодного для изготовления ядерного оружия), а новое вторичное ядерное горючее уран-233 (вернее то, что остается после его сгорания в ториевом воспроизводящем модуле "на месте") является непригодным для изготовления ядерного оружия из-за загрязнения изотопом урана-232 и четными изотопами плутония. При этом упрощения проблем обращения с отработавшими топливными сборками удается добиться путем снижения объемов отходов за счет увеличения назначенного ресурса топлива и за счет снижения содержания в выгруженном топливе изотопов с длительной радиационной токсичностью. Конструкция топливной сборки в соответствии с настоящим изобретением позволяет использовать ее в реакторах ВВЭР-1000 за счет как механической, так и гидравлической и нейтронно-физической со-7 015019 вместимости с конструкций штатных топливных сборок. Механическая совместимость со штатной топливной сборкой реактора ВВЭР-1000 обеспечивается наличием силового каркаса, обеспечивающего устойчивость к формоизменению при длительной эксплуатации и высоких выгораниях топлива; идентичностью присоединительных размеров; использованием конструкции хвостовика, головки и силового каркаса, совместимых с аналогичными частями уголковых штатных топливных сборок; совместимостью конструкции запального модуля с конструкцией штатных органов регулирования и перегрузочных устройств. Полная гидравлическая характеристика топливной сборки в соответствии с настоящим изобретением практически совпадает с характеристикой штатной топливной сборки за счет наличия системы двух образованных запальным и воспроизводящим модулями параллельных каналов, объединенных общими раздающим (напорным) и сборным коллекторами. При этом запальный и воспроизводящий модули гидравлически связаны между собой на входном и выходном участках. Такое выполнение топливной сборки обеспечивает сохранение сопротивления активной зоны реактора ВВЭР-1000 с топливными сборками согласно изобретению на уровне штатного значения. Таким образом, установка топливных сборок в соответствии с настоящим изобретением в реактор ВВЭР-1000 не приведет к изменению расхода теплоносителя в первом контуре реактора. При этом соотношение гидравлических сопротивлений между входом в сборку, активной частью воспроизводящего модуля и выходом из сборки в топливных сборках согласно изобретению и штатной топливной сборки близки, что обеспечивает гидравлическую совместимость топливных сборок согласно изобретению со штатными сборками и отсутствие перетечек теплоносителя между ними. Это позволяет использовать в реакторе часть топливных сборок в соответствии с настоящим изобретением одновременно со штатными топливными сборками реактора. Нейтронно-физическая совместимость со штатной топливной сборкой обеспечивается следующим: назначенный ресурс по выгоранию достигается за счет использования специально подобранных топливных композиций и композиций с выгорающим поглотителем; штатная мощность топливной сборки достигается за счет использования специально подобранных содержаний топливной загрузки в топливных композициях запального и воспроизводящего модулей; удовлетворение требований по неравномерности профиля энерговыделения достигается за счет использования специально подобранных содержаний топливной загрузки в различных рядах топливных элементов запального модуля и содержания топливной загрузки в воспроизводящем модуле; сохранение эффектов реактивности в диапазоне, характерном для штатных топливных сборок достигается за счет использования специально подобранных характеристик топливных композиций; возможность регулирования уровня мощности и сброса мощности штатными органами регулирования обеспечивается использованием совместимым с конструкцией запального модуля размещением в последнем штатных технологических каналов в периферийных трубках для перемещения органов регулирования. Преимуществом настоящего изобретения является также то, что двухсекционная топливная сборка в соответствии с настоящим изобретением является разборной, что позволяет обеспечить независимую перегрузку запального модуля. Более частая перегрузка запального модуля позволяет создать наиболее благоприятные условия (по нейтронному балансу и длительности облучения) для тория, помещенного в воспроизводящий модуль сборки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Топливная сборка легководного реактора, имеющая в плане форму правильного шестиугольника и содержащая запальный модуль, окружающий его воспроизводящий модуль, головку, хвостовик и силовой каркас, при этом запальный модуль содержит пучок топливных элементов, каждый из которых имеет сердечник, включающий обогащенный уран или энергетический плутоний, при этом сердечник охвачен снаружи оболочкой из циркониевого сплава, и имеет трехлепестковый профиль, образующий винтовые дистанционирующие ребра; хвостовую часть запального модуля с закрепленной на ней опорной решеткой для фиксации топливных элементов запального модуля; соединенный с хвостовой частью запального модуля кожух, имеющий в плане форму правильного шестиугольника и расположенный вокруг пучка топливных элементов; закрепленную на кожухе в его верхней части направляющую решетку для установки топливных элементов с возможностью их свободного осевого перемещения; центральную трубку, образующую направляющий канал для размещения в нем средств контроля, и закрепленные на опорной решетке периферийные трубки, образующие направляющие каналы для введения поглощающих стержней и стержней аварийной защиты и установленные в головке с возможностью упругого осевого смещения; при этом воспроизводящий модуль включает в себя силовой каркас, образованный шестью продольно расположенными угловыми элементами с закрепленными на них дистанционирующими решетками, имеющими в центральной зоне отверстие для расположения в нем кожуха запального модуля; установленный в силовом каркасе пучок топливных элементов, выполненных из тория с добавлением-8 015019 обогащенного урана; и хвостовую часть воспроизводящего модуля, в которой закреплены топливные элементы воспроизводящего модуля, выполненную с возможностью сопряжения с опорным стаканом легководного реактора, при этом хвостовая часть воспроизводящего модуля и хвостовая часть запального модуля связаны между собой посредством разъемного соединения и образуют хвостовик топливной сборки. 2. Топливная сборка по п.1, характеризующаяся тем, что вдоль продольной оси сердечника расположен вытеснитель из циркония или его сплава, имеющий в поперечном сечении форму правильного треугольника. 3. Топливная сборка по п.1, характеризующаяся тем, что шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер составляет от 5 до 20% длины топливного элемента. 4. Топливная сборка по п.1, характеризующаяся тем, что топливные элементы запального модуля ориентированы в окружном направлении так, что по крайней мере в одном поперечном сечении пучка топливных элементов трехлепестковые профили любых двух смежных топливных элементов имеют общую плоскость симметрии, проходящую через оси этих же смежных топливных элементов. 5. Топливная сборка по п.1, характеризующаяся тем, что сердечник выполнен из U-Zr сплава с объемным содержанием урана до 30%, при этом уран обогащен до 20% по изотопу урана-235. 6. Топливная сборка по п.1, характеризующаяся тем, что сердечник выполнен из Pu-Zr сплава с объемным содержанием энергетического плутония до 30%. 7. Топливная сборка по п.1, характеризующаяся тем, что головка снабжена нажимным элементом,контактирующим с кожухом запального модуля. 8. Топливная сборка легководного реактора, имеющая в плане форму правильного шестиугольника и содержащая запальный модуль, окружающий его воспроизводящий модуль, головку, хвостовик, выполненный с возможностью сопряжения с опорным стаканом легководного реактора, и силовой каркас,при этом запальный модуль содержит пучок топливных элементов, каждый из которых имеет сердечник,включающий обогащенный уран или энергетический плутоний, при этом сердечник охвачен снаружи оболочкой из циркониевого сплава, и имеет трехлепестковый профиль, образующий винтовые дистанционирующие ребра; хвостовую часть запального модуля с закрепленной на ней опорной решеткой для фиксации топливных элементов запального модуля; соединенный с хвостовой частью запального модуля кожух, имеющий в плане форму правильного шестиугольника и расположенный вокруг пучка топливных элементов; закрепленную на кожухе в его верхней части направляющую решетку для установки топливных элементов с возможностью их свободного осевого перемещения; центральную трубку, образующую направляющий канал для размещения в нем средств контроля, и периферийные трубки, образующие направляющие каналы для введения поглощающих стержней и стержней аварийной защиты и установленные в головке с возможностью упругого осевого смещения; при этом воспроизводящий модуль включает в себя силовой каркас, образованный шестью продольно расположенными угловыми элементами с закрепленными на них дистанционирующими решетками, имеющими в центральной зоне отверстие для расположения в нем кожуха запального модуля; установленный в силовом каркасе пучок топливных элементов, выполненных из тория с добавлением обогащенного урана и закрепленных на хвостовике; а также несколько силовых трубок, закрепленных на хвостовике, при этом головка снабжена средством, обеспечивающим возможность упругого осевого смещения указанных силовых трубок. 9. Топливная сборка по п.8, характеризующаяся тем, что вдоль продольной оси сердечника расположен вытеснитель из циркония или его сплава, имеющий в поперечном сечении форму правильного треугольника. 10. Топливная сборка по п.8, характеризующаяся тем, что шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер составляет от 5 до 20% длины топливного элемента. 11. Топливная сборка по п.8, характеризующаяся тем, что топливные элементы запального модуля ориентированы в окружном направлении так, что по крайней мере в одном поперечном сечении пучка топливных элементов трехлепестковые профили любых двух смежных топливных элементов имеют общую плоскость симметрии, проходящую через оси этих же смежных топливных элементов. 12. Топливная сборка по п.8, характеризующаяся тем, что сердечник выполнен из U-Zr сплава с объемным содержанием урана до 30%, при этом уран обогащен до 20% по изотопу урана-235. 13. Топливная сборка по п.9, характеризующаяся тем, что сердечник выполнен из Pu-Zr сплава с объемным содержанием энергетического плутония до 30%. 14. Легководный реактор, содержащий множество топливных сборок, отличающийся тем, что содержит по крайней мере одну топливную сборку по пп.1-7. 15. Легководный реактор по п.14, отличающийся тем, что все топливные сборки выполнены по пп.1-7. 16. Легководный реактор, содержащий множество топливных сборок, отличающийся тем, что содержит по крайней мере одну топливную сборку по пп.8-13. 17. Легководный реактор по п.16, отличающийся тем, что все топливные сборки выполнены по пп.8-13. 18. Топливный элемент топливной сборки ядерного реактора, содержащий сердечник, включающий-9 015019 обогащенный уран или энергетический плутоний, и охватывающую его оболочку, характеризующийся тем, что имеет многолепестковый профиль. 19. Топливный элемент по п.18, характеризующийся тем, что имеет трехлепестковый профиль. 20. Топливный элемент по п.19, характеризующийся тем, что лепестки профиля образуют винтовые дистанционирующие ребра. 21. Топливный элемент по п.20, характеризующийся тем, что шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер составляет от 5 до 20% длины топливного элемента. 22. Топливный элемент по п.18, характеризующийся тем, что оболочка выполнена из циркониевого сплава. 23. Топливный элемент по п.19, характеризующийся тем, что вдоль продольной оси сердечника расположен вытеснитель, имеющий в поперечном сечении форму правильного треугольника. 24. Топливный элемент по п.23, характеризующийся тем, что вытеснитель выполнен из циркония или его сплава. 25. Топливный элемент по п.18, характеризующийся тем, что сердечник выполнен из U-Zr сплава с объемным содержанием урана до 30%, при этом уран обогащен до 20% по изотопу урана-235. 26. Топливный элемент по п.18, характеризующийся тем, что сердечник выполнен из Pu-Zr сплава с объемным содержанием энергетического плутония до 30%.