BG99290A

BG99290A - Control nuclear reaction column consisting of a fuel element and absorber element

Info

Publication number: BG99290A
Application number: BG99290A
Authority: BG
Inventors: Rudolf Meinl; Peter Rau; Alfons Roppelt; Walter Sauermann
Original assignee: Framatome Anp Gmbh
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 1995-09-29
Also published as: RU2117342C1; DE4227793A1; SK23095A3; CZ37495A3; HU218181B; WO1994005013A1; CZ290300B6; BG61356B1; RU95106666A; HU9500511D0; HUT70347A

Abstract

In the control column, an absorber element (AE) is connected by a coupling element (CE) to the head of the fuel element (BE), and absorbing material (15, 32) is fitted in the zone lying between the lower edge (HA) of the absorber bodies (26) contained in the absorber element and the upper edge (HF) of the fuel contained in the fuel stems (7) of the fuel element absorption material (15, 32) is fitted which in practice spreads across the entire coupling element. Absorption pins (15) are designed in the fuel element which get across the cover slab (6) of the fuel element and penetrate in the intermediate space between the upper stems (7). The respective absorber element has a hollow cylinder (32) enveloped by coupling parts (30, 31) due to which the deformation of the power in the fuel stems which may arise in the operation of the reactor is eliminated when a zone freed from the fuel of the fuel element is established at the upper edge (HF) of the fuel and when, in addition, there are no absorber bodies of the absorber element.

Description

УПРАВЛЯВАЩА КОЛОНА ЗА ЯДРЕН РЕАКТОР,СЪСТОЯЩА СЕNUCLEAR REACTOR CONTROL COLUMN

ОТ ГОРИВЕН ЕЛЕМЕНТ И АБСОРБЕР-ЕЛЕМЕНТFUEL ELEMENT AND ABSORBER ELEMENT

Изобретението се отнася до една управляваща колона, състояща се от един горивен елемент и един абсорбер-елемент в съответствие с ограничителната част на претенция 1, както и един горивен елемент и един абсорбер-елемент от тази управляваща колона.The invention relates to a control column consisting of one fuel element and one absorber element in accordance with the limiting part of claim 1, as well as one fuel element and one absorber element from that control column.

Такива управляващи колони, при които един абсорбер-елемент е свързан чрез куплунгови части към горния край на един горивен елемент, се използват при реактори с вода под налягане от съ- ветски конструктивен тип. Горивният елемент съдържа затворено в метални структурни части гориво, което се разполага от един долен ръб на горивото до горен ръб на горивото, докато абсорберелементът се съдържа в разположени под един горен ръб на абсорбера, поддържани от метални структурни части, тела от абсорбиращ материал, които се разполагат до един долен ръб на абсорбера. Структурните части стърчат навън на главата на горивния елемент над горния ръб на горивото и там са оформени като куплунгови части. Те се захващат в съответствуващите части на другия куплунг, които са образувани под долния ръб на абсорбера от издадепите напред структурни части на абсорбер-елемента.Such control columns, in which a single absorber element is connected by couplings to the upper end of a fuel element, are used in pressurized water reactors of the Soviet structural type. The fuel element contains fuel enclosed in metal structural parts which extends from one lower edge of the fuel to the upper edge of the fuel, while the absorber is contained in bodies absorbent below the upper edge of the absorber, supported by metal structural parts, which are located down to the lower edge of the absorber. The structural parts project outward on the head of the fuel element above the top edge of the fuel and there are formed as couplings. They are clamped into the corresponding portions of the other coupling, which are formed below the lower edge of the absorber by the forward structural parts of the absorber element.

Горният ръб на горивото и долният ръб на горивото не съвпадат с краищата на горивните стебла, които са оформени конструктивно като напълнени с гориво, херметично затворени тръби. Много често тези тръби съдържат над горния ръб на горивото и под долния ръб на горивито газово събиращо пространство за образуваните по време на експлоатацията продукти на разпадане. Съдържащата гориво активна зона на горивния елемент следователно започва над додните краища на горивните стебла и завършва под горните краища. Има също управляващи колони, при които при пълна мощност на ексн плоатация, горният ръб на горивото на горивния елемент лежи под границата, която ограничава активната зона на ядрото, тъй като горивните стебла са скъсени.The upper edge of the fuel and the lower edge of the fuel do not coincide with the ends of the fuel stalks, which are structurally shaped like fuel-filled, hermetically sealed pipes. Very often, these pipes contain above the top edge of the fuel and below the bottom edge of the fuel gas sump for the decomposition products generated during operation. The fuel-containing core of the fuel element therefore begins above the lower ends of the fuel stalks and ends below the upper ends. There are also control columns where, at full exfoliation power, the upper edge of the fuel element of the fuel element lies below the boundary, which limits the core core, since the fuel stalks are shortened.

При пълна мощност на реактора, управляващата колона е в положение, при което нейният горивен елемент е приблизително на същата височина както горивните елементи, които са разположени в реакторното ядро до управляващата колона. Активната зона на горивния елемент следователно съвпада с активната зона на ядрото, която се определя от активните зони на другите горивни елементи. За да се управлява мощността в режим на намаляване, колоната се придвижва аксиално, при което в активната зона на ядрото навлиза част от управляващата колона, която не съдържа нито гориво, нито абсорбиращ материал, а съдържа куплунгови и структурни части. При това тези части изместват относително незначителен воден обем така, че в този обхват се установява едно повишено забавяне (модерация). Това положение практически се установява винаги при частично управление.At full reactor power, the control column is in a position where its fuel element is approximately the same height as the fuel elements that are located in the reactor core next to the control column. The core of the fuel element therefore coincides with the core core, which is determined by the cores of the other fuel elements. In order to control the power in the reduction mode, the column moves axially, whereby a part of the control column, which contains neither fuel nor absorbent material, but contains coupling and structural parts, enters the core core. In doing so, these parts displace relatively insignificant water volumes so that an increased delay (moderation) is detected in this range. This situation is practically always found under partial control.

Оказва се, че на горните краища на горивните стебла в горивния елемент на управляващата колона възникват пикове на мощността. Затова вече беше предложено да се скъси напълването с гориво на горивните стебла на този горивен елемент и вместо това на горния край да се разположат около 100 мм дълги стоманени щифтове, които противодействуват на повишаването на мощността в горната област на активната зона на тези горинни стебла.It turns out that power peaks occur at the upper ends of the fuel stalks in the fuel element of the control column. Therefore, it has already been proposed to shorten the fuel stems of this fuel element with fuel and instead to place about 100 mm long steel pins at the upper end, which counteract the increase in power in the upper area of the core of these burning stems.

Заедно с това обаче, в горните части на съседните горивни стебла възниква повишение на мощността, чиято причина навярно е предизвиканата от управляващата колона деформация на неутронния поток.However, an increase in power occurs in the upper portions of the adjacent fuel stalks, which is probably caused by the deformation of the neutron flux by the control column.

Изобретението си поставя за задача да предложи една управляваща колона, която - сравнена със съотношенията при обичайните управ ляващи колони - предизвиква едно по-равномерно разпределение на неутронния поток и мощността, респ.подходящи за това абсорбер-елемент и горивен елемент.The invention seeks to provide a control column which, when compared to the ratios of conventional control columns, causes a more even distribution of the neutron flux and power, respectively suitable for the absorber element and the fuel element.

Тази задача се решава с това, че абсорбер-материалът практически се разполага до горния ръб на горивото през куплунговия елемент (претенция 1). Други целесъобразни изпълнения на изобретенията са дадени в подпретенциите.This problem is solved by the fact that the absorber material is substantially disposed at the top edge of the fuel through the coupling element (claim 1). Other suitable embodiments of the inventions are provided in the claims.

Изобретението и неговите предимства се поясняват по-подробно чрез три фигури. Те показват:The invention and its advantages are explained in more detail by three figures. They show:

Фигура 1 - надлъжен разрез през едно примерно изпълнение съгласно изобретението на горивен елемент на една управляваща колона от този типFigure 1 is a longitudinal section through an embodiment according to the invention of a fuel element of a control column of this type

Фигура 2 - надлъжен разрез през един съответен управляващ елемент иFigure 2 is a longitudinal section through one of the respective controls and

Фигура 3 - надлъжен разрез през куплунговите части на двата елемента в съединено, сглобено състояниеFigure 3 is a longitudinal section through the couplings of the two elements in a joined, assembled state

Горивният елемент (BE) съгласно фиг.1 притежава една пета 1, към която се присъединява един достигащ до главата 3 кожух на горивния елемент 2. Ери споменатите реактори от съветски конструктивен тип петата, кожуха и главата имат шестоъгълно напречно сечение. Една централна втулка 5 свързва дънна плоча 4 с една покривна плоча 6, между които са разположени горивни стебла 7. Тези горивни стебла 7 представляват паралелни на оста на колона¹ « та тръби, които са напълнени с гориво приблизително до горния ръб на горивото HF и над този горен ръб HF са херметически затворени. В съответствие с това пълнежът най-често достига само до един лежащ над дънната плоча 4 долен ръб на горивото HL· .Равнините HL и HF ограничават активната зона на горивния елемент.The fuel element (BE) according to FIG. 1 has a heel 1 to which is attached to the head 3 of the fuel element 2. The mentioned reactors of the Soviet type heel, casing and head have a hexagonal cross-section. One central sleeve 5 connects the bottom plate 4 to one cover plate 6, between which fuel stems 7. These fuel stems 7 are parallel to the axis of column ^{1 "} tubes that are filled with fuel approximately to the upper edge of the HF fuel and above this upper edge the HFs are hermetically sealed. Accordingly, the filler most often reaches only one lower edge of the fuel HL above the bottom plate 4. The HL and HF planes limit the core of the fuel element.

Ако горивният елемент е напълно вкаран, то тези равнини лежат на границите на активната зона на ядреното ядро.If the fuel element is fully inserted, then these planes lie at the core boundaries of the nuclear core.

При това може да бъде целесъобразно, ако в херметично затворените тръби, под горния ръб на горивото, следва непосредствено един бланкет-обем, в който обичайното обогатено гориво се замества от природен уран, обеднено или отработено гориво. Чрез това на тази аксиална област се освобождава средно по-малка мощност. Освен това се избяжва установяването на насочени нагоре в аксиално направление неутронни загуби. Многократно се повишава градиентът на неутронния поток на горния край на горивното стебло. Получава се едно подобрение на използването на горивото при едновременно спестяване на гориво (по-ниско средно обогатяване на горивото на стеблото) и едно намаляване на загубите при циркулацията на горивото.In this case, it may be advisable if, in a hermetically sealed pipe, below the top edge of the fuel, a single blank volume follows, in which the usual enriched fuel is replaced by natural uranium, depleted or spent fuel. In this way, less power is released on this axial region. In addition, the establishment of axially directed neutron losses is avoided. The neutron flux gradient of the upper end of the fuel stem is repeatedly increased. There is an improvement in the use of fuel while saving fuel (lower average fuel enrichment of the stem) and a reduction in losses in fuel circulation.

Над покривната плоча 6 в главата 3 на горивния елемент BE на фи= гура 1 стърчат частите 11 и 12, които са оформени като втулки за байонетно съединение, в които могат да се захванат (зацепят) съответните щекерни части на съответствуващия му абсорбер-елемент. С 13 и 14 са означени шипове, които представляват отчасти държащи шипове за едно съответствуващо байонетно съединение и отчасти захващащи повърхности за захващащи и повдигащи инструменти w за манипулиране на горивния елемент.Above the roof plate 6 in the head 3 of the fuel element BE of FIG. 1, protrude parts 11 and 12, which are shaped as bayonet bushings in which the corresponding plug parts of its corresponding absorber element can be secured. 13 and 14 denote studs, which are partly holding studs for a corresponding bayonet joint and partly gripping surfaces for gripping and lifting tools w for manipulating the fuel element.

С тръбите 8 на фиг.1 е изобразено, че някои, разположени между нормалните горивни стебла позиции, са заети от отворени нагоре тръби, които не са напълнени с гориво, а могат да съдържат изтласкващи (бутални) стебла или вода (забавител). Тези тръби 8 са закрепени долу към дънната плоча 4 чрез държачите 9, докато съответните държачи 10 на покривната плоча 6 носят щифтовете 15, които стърчат в тези позиции, намиращи се между напълнените с гориво нормални горивни стебла. Тези щифтове 15 съдържат материал с повишена абсорбция на неутрони, напр. подлагащ се на корозия пълнеж от сребро-индий-кадмий, който е заобиколен от коро зионно устойчива обвивка.The tubes 8 of FIG. 1 depict that some, positioned between normal fuel stems positions, are occupied by open upward tubes that are not filled with fuel but may contain ejection (piston) stems or water (retarder). These tubes 8 are secured down to the bottom plate 4 through the holders 9, while the corresponding holders 10 on the cover plate 6 carry pins 15 that protrude into these positions between the fuel-filled normal fuel stalks. These pins 15 contain material with increased neutron absorption, e.g. corroded silver-indium-cadmium filler surrounded by a corrosion-resistant sheath.

Едно предпочитано изпълнение на горивен елемент на управляващата колона съгласно изобретението, съдържа един сноп от горивни стебла, които стоят във фиктивните отвори на правилна решетка, по-специално шестоъгълна решетка и притежават съответно обхваната от една херметично затворена тръба, колона от гориво, при което над горивните стебла е предвидено газосъбирателно пространство. Тези горивни стебла се простират приблизително от дънната плоча 4 до в близост до покривната плоча 6.A preferred embodiment of the fuel element of the control column according to the invention comprises a bundle of fuel stems that stand in the dummy openings of a regular grille, in particular a hexagonal grille and have a fuel column, respectively, enclosed by a hermetically sealed tube, above which the fuel stems are provided with a gas collection space. These fuel stems extend approximately from the bottom plate 4 to near the cover plate 6.

Горивните стебла се държат на няколко аксиални позиции чрез (непоказан на чертежа) дистанционен държач със съответствуваща структура на решетката, при което няколко отвора на решетката не са заети от съдържащи гориво горивни стебла или най-много са заети от такива горивни стебла, които съдържат гориво само в долната част на елемента. В тези отвори на фиктивната решетка са разположени щифтове от абсорбиращ материал, които се разпростират през покривната плоча практически до горния ръб на горивото на горивния елемент. Тези щифтове могат да образуват горната част на споменатите горивни стебла, които съдържат гориво само в долната си част.The fuel stems are held in several axial positions by a (not shown in the drawing) spacer holder with a corresponding lattice structure, wherein several lattice openings are not occupied by fuel-containing fuel stems or most are occupied by such fuel-containing stems only at the bottom of the item. In these openings of the dummy grille are pins of absorbent material extending through the cover plate substantially to the upper edge of the fuel element of the fuel element. These pins may form the top of said fuel stems that contain fuel only at the bottom.

Ако при управление за намаляване на мощността на реактора, управляващата колона се придвижи надолу, така абсорберните щифтове изравняват въздействията, които възникват поради това, че отсега нататък в активната зона на ядрото се формират газосъбирателни пространства и свободна от гориво област около покривната плоча на управляващата колона.If, in the control to reduce the power of the reactor, the control column moves down, so the absorber pins offset the effects arising from the fact that from now on in the core core gas spaces are formed and a fuel-free area around the cover plate of the control column .

При абсорбер-елемента съгласно фиг.2 между една пета 21 и една глава 23 се разполага кожух на абсорбер-елемента 22, който заед-н но с прекаран през една централна втулка 25 централен прът 24, образуват носещата метална част на абсорбер-елемента. Между централната втулка 25 и кожуха 22 се намират абсорберни тела 26, които се разполагат от един горен ръб на абсорбера НО до един долен ръб на абсорбера НА в петата. На петата е закрепена една куплунгова част 30, която образува заедно със стърчащия надолу край на централния прът 24 един щикер на байонетно съединение, в което се включват съответните втулкови части на главата на съответствуващия горивен елемент.In the absorber element according to FIG. 2, between the heel 21 and one head 23 there is a housing of the absorber element 22, which together with a central rod 24 inserted through one central sleeve 25, form the supporting metal part of the absorber element. Between the center sleeve 25 and the housing 22 are absorber bodies 26 which extend from one upper edge of the NO absorber to one bottom edge of the HA absorber in the heel. A coupling portion 30 is attached to the heel, which forms, together with the downward end of the central rod 24, a pin of a bayonet joint incorporating the corresponding bushings of the head of the corresponding fuel element.

За да се избегне това, че в свързано състояние съответните куплунгови части 30,31 на абсорбер-елемента и съответствуващите им куплунгови части 11,12,13,14 на горивния елемент да образуват свободно от абсорбер пространство, е предвиден един кух цилиндър 32 от материал, по-специално корозионно устойчив материал като хафний или хафниева сплав, респ. хафниево съединение. Този кух цилиндър е странично механично защитен чрез куплунговите части 24,25 и 30.In order to prevent that the coupled coupling parts 30,31 of the absorber element and their corresponding coupling parts 11,12,13,14 in the coupled state form free space from the absorber, a hollow cylinder 32 of material is provided. , in particular corrosion-resistant material such as hafnium or hafnium alloy, respectively. hafnium compound. This hollow cylinder is mechanically protected laterally by coupling parts 24,25 and 30.

Фигура 3 показва готов, монтиран куплунгов елемент СЕ, който свърз зва абсорбер-елемента АЕ от фиг.2 с горивния елемент BE от фиг.1. При това се вижда, че между петата 21 на абсорбер-елемента АЕ, над която са разположени достигащи до долния ръб НА на абсорбера ** абсорберни тела 26 и горния ръб на горивото IIF, който лежи под главата 3 на горивния елемент BE, е разположен абсорбиращ материал. Положението, че по дължината на един малък аксиален обхват 6· възниква свободен от абсорбер пояс, не е от значение,но може напълно да се избегне чрез съответно оформление на куплун говите части.Figure 3 shows a finished, mounted CE coupling element that connects the AE absorber element of Figure 2 to the fuel element BE of Figure 1. It can be seen that between the heel 21 of the AE absorber element, above which the absorber bodies 26 extending to the lower edge HA and the upper edge of the fuel IIF which lies below the head 3 of the fuel element BE are located absorbent material. The position that an absorber-free belt arises along a small axial band 6 · is irrelevant but can be completely avoided by appropriate coupling arrangement.

Claims

Patent Claims

1. Nuclear reactor control column of a / one fuel cell (BE) containing fuel contained in metallic structural parts, extending from one fuel bottom edge (HL) to one fuel upper edge (HF) and b / one connected by a coupling element (CE) to the upper end of the fuel element (BE) absorber element (AE) with absorber bodies (26) located below the upper edge of the absorber, supported by metal structural parts (21,22,24,25 ),

Characterized by the fact that the absorbent material (15,32) extends substantially through the coupling element (CE) to the upper edge of the fuel.

A column according to claim 1, characterized in that at least one of the parts (30,31) of the coupling element comprises a hollow cylinder of absorbent material, in particular containing hafnium material or other corrosion-resistant material.

3. A column according to claim 1 or 2, characterized in that there are parallel to the axis of the column fuel stems (7) and pins ve in the fuel element (BE), wherein at least one group of fuels is ** stems (7) ) are fuel filled to the upper edge of the fuel (HF) and above the upper edge are hermetically sealed pipes and pins (15) penetrate from the top between the fuel stems of the group and to the upper edge of the fuel consist of absorbent material or are filled with absorbent material, preferably one containing silver, indium and cadmium.

4. Fuel element for a control column of a nuclear reactor with a / one bundle of fictitious regular grilles standing in the openings, in particular a grille with hexagonal openings, fuel stems, wherein each fuel stem contains a hollow tube enclosed in a hollow tube. combustible material having a gas collection space above the rotor and extending from one bottom plate (4) to adjacent to one roof plate (6) and b) coupling parts (11,12,13,14) projecting above the roof plate in the corresponding coupling parts of one ab orber-element of the column,

Characterized by the fact that several openings in the grate are not occupied by fuel stems or are occupied most by fuel stems which contain fuel only at the bottom of the fuel element and that in these few openings there are pins extending from above through the roof plate approximately to the height of the fuel in the fuel stalks and contain absorbent material.

5. The fuel element of claim 4, characterized in that filled and closed tubular pieces are used as pins with absorbent material, in particular containing silver, indium and cadmium material.

Fuel element according to claim 4 or 5, characterized in that the pins enter the open upper ends of pipes which are not filled with fuel.

A fuel element as claimed in any one of claims 4 to 6. characterized in that at least a portion of the fuel stalks contain fuel consisting of natural uranium or depleted fuel at the top of the hollow tube.

8. Nuclear reactor control column absorber element with a / absorber bodies surrounded by metallic structural parts (22,24,25) and disposed to one lower edge of the absorber (HA) and b / protruding above the lower edge of the absorber coupling parts (30,31) for engaging in the corresponding coupling parts one fuel element from the column,

Characterized in that the coupling parts projecting below the bottom edge of the absorber comprise a hollow cylinder of absorbent material, in particular containing hafnium or other corrosion-resistant absorbent material.