CS214036B1 - Jádro reaktoru se šostihrannými pouzdry palivových svazků - Google Patents

Abstract

Sníženi napjatosti od vnitřního přetlaku ve stěnách pouzder palivových svazků jaderných reaktorů. Vynález se týká jaderné techniky, se zvláštním zřetelem k rychlým reaktorům. Vynálezem se řeší problematika zvýšení životnosti palivových svazků rychlých reaktorů. Podstatou vynálezu je nové uspořádání tlakových poměrů v jádře reaktoru za jeho provozu. Vně pouzder palivových svazků se vyvozuje takový tlak, aby potlačil nepříznivé působení vnitřního přetlaku chladivá ve svazcích palivových článků na jejich pouzdra. Vynálezu může být využito u všech typů rychlých reaktorů, u kterých jsou pouzdra palivových svazků víceúhelníkového průřezu, pppř. i u reaktorů tepelných, pokud u nich vzniká podobná problematika. V přiloženém vyobrazení je vynález charakterizován zejména obr. 1.

Description

Vynález se týká problematiky, související β přetlakovým namáháním pouzder palivových svazků jaderných reaktorů.

Až dosud jsou ustavovány, tlakové poměry v jaderných reaktorech, zejména pak v rychlých plodivých reaktorech tak, že pouzdra palivových svazků jsou za provozu namáhána, mimo jiné vnitřním přetlakem chladivá. Tento přetlak je proměnlivý v mezích tlakových ztrát, vznikajících průtokem chladivá palivovými svazky. Nejvyšší přetlak na stěny pouzder působí v oblasti před vstupem chladivá do palivových svazků, nejnižší přetlak působí za výstupem chladivá z palivových svazků.

Nevýhodou dosavadního ustavování tlakových poměrů v jádrech reaktorů, zejména v jádrech rychlých reaktorů je, že prostor vně pouzder palivových svazků se spojuje s nízkotlakým prostředím, zpravidla s prostředím na výstupu chladivá z palivových svazků. V plochých stěnách a v rozích pouzder palivových svazků víceúhelníkových - nejčastěji šestiúhelníkových průřezů - pak vznikají nepříznivě vysoká napětí, která v součinnosti s bobtnáním a tečením z ozáření, materiálu pouzder způsobuji trvalá zvětšeni rozměrů pouzder palivových svazků. Dříve, než dojde ke styku stěn sousedících pouzder, musí se taková pouzdra se svými palivovými svazky vyjmout z reaktoru a nahradit novými, i když vlastní palivové články by umožňovaly pokračování v jejich provozu.

Z uvedeného je zřejmé, že pouzdra palivových svazků jsou zpravidla kritickými součástmi, vymezujícími svou životností lhůtu, po kterou lze ponechávat palivo v reaktoru. Hospodárnost provozu reaktoru si žádá co nejdelší prodlevu paliva v činném reaktoru. To věak vyžaduje zesilování stěn pouzder palivových svazků a zvětšování mezer mezi sousedícími pouzdry. Tím se ale zvětšuje v jádře reaktoru podíl nežádoucích nepalivových materiálů, projevující se u rychlých plodivých reaktorů poklesem poměru plození nového paliva. Poměr plození je jedním z rozhodujících hledisek pro posuzování provozní užitečnosti rychlých plodivých reaktorů a žádá se, aby byl co nejvyěěí.

Tyto nevýhody odstraňuje podstata vynálezu, jež spočívá v tom, že jádro reaktoru se ěestihrannými pouzdry palivových svazků, jimiž nucené protéká chladicí medium, vyznačené tím, že prostor mezi ěestihrannými pouzdry palivových svazků a nádobou jádra reaktoru je spojen se zdrojem odlehčovacího tlaku, a dále tím, že zdrojem odlehčovacího tlaku je přívod chladicího media.

Výhody, které tento vynález přináší, spočívají zejména u rychlých plodivých reaktorů v tom, žo tlakovým odlehčením stěn pouzder palivových svazků od namáhání jich vnitřním přetlakem je dána možnost používat zmíněná pouzdra s tenčími stěnami. Působením vnějšího tlaku na pouzdra se jim brání ve zvětšování příčných rozměrů vlivem provozních podmínek, což umožňuje zmenšit mezery mezi sousedícími pouzdry. Prostor, získaný ztenčením stěn pouzder a zmenšením mezer mezi pouzdry, je možno zaplnit dalším palivem a tím'docílit vyššího energetického výkonu z téhož objemu jádra reaktoru bez zvětšováni měrného tepelného zatíženi palivových článků. Potlačením namáhání a tím i potlačením deformací pouzder se omezí či odstraní dosavadní charakter pouzder jakožto součásti kritických pro celkovou životnost úplných svazků palivových článků. Pak je možno ponechávat palivo po delší dobu v reaktoru, tím oddálit operace výměny paliva, docílit vyššího vyhořeni štěpného paliva a

214 036 tak, a přispěni* většího nahromadění paliva, zvýšit celkovou hospodárnost palivového-cyklů reaktoru. Záměnou nejaderného materiálu v jádře rychlého reaktoru plodivého materiálem Štěpným ěi plodivým zlepši se jaderně-fyzikální charakteristiky takového reaktoru, poskytující pak vyšší poměr plození nového paliva a tím i zkrácení doby zdvojeni paliva. Dosud používaná bezešvá šestihranná pouzdra palivových svazků mohou být nahrazena tenkostěnnými pouzdry z plechu, podélně svařovanými.

Výkres představuje zjednodušené vyobrazení skupiny palivových svazků, naznačující jádro rychlého reaktoru, kdo prostor vně pouzder palivových svazků je utěsněn vzhledem k prostoru na výstupu chladivá z palivových svazků. Obr. 1 představuje zmíněné jádro v podélném řezu, obr. 2 - v příčném řezu.

Jak je z obr. 1 a z obr. 2 patrno., sestává jádro reaktoru z jadorně-onorgetiekých článků - obvykle ve tvaru prutů - obsahujících jaderné palivo. Uvedené články jsou seskuZ povány do svazků 1,, opatřených pouzdry 2. Úplný svazek palivových článků - úplný palivový svazek - sestává tedy z vlastního svazku palivových článků 1_ - z vlastního palivového svazku 2 - a z pouzdra 2 s nátrubky. U rychlých plodivých reaktorů pak jádro sestává z vnitřní, štěpné části, v níž články obsahují štěpné palivo a z vnější, plodivé části, v níž články obsahují plodivé palivo. Plodivá část jádra obklopuje zpravidla ze všeoh stran štěpnou část jádra, charakterem paliva stejnorodou, nebo tuto štěpnou část jádra svými plodivými svazky prostupuje - u prorníéeného jádra rychlého plodivého reaktoru. Úplné palivové svazky 1. v pouzdrech 2 jsou opatřeny těsněním 3 a ustaveny v nádobě 4 jádra reaktoru.

Funkční princip zařízení: Pouzdra 2 palivových svazků 2 slouží k ochraně těchto svazků 1 před poškozením a k zamezení neúčelného obtékání chladivá tepelně zatížených míst palivových článků. K usměrněni vtoku chladivá dp palivových svazků JL. jeou pouzdra 2 opatřena vtokovými nátrubky, k usměrněni výtoku - nátrubky výstupními. Provozní podmínky rychlých reaktorů nutí, aby byly palivové články seskupovány do svazků 2 ěostihranných obrysů. Tím se vyžaduje, aby i jejich pouzdra 2 byla šestihranná. V příkladu možného konstrukčního uspořádání jádra reaktoru podle obr. 1 a obr. 2, vtéká chladivo pod tlakem Pj do svazků 2 a vytéká z nich pod tlakem p₂· Tlak od ρ_χ k P₂ působí na stěny pouzder 2 a vyvolává v nich nežádoucí napětí. K potlačení takových napětí se podle smyslu tohoto vynálezu přivádí tlak P₂ do prostoru J vně pouzder 2, ale uvnitř nádoby 4 jádra reaktoru, aby potlačoval nepříznivé účinky tlaku p₁ až p₂ na pouzdra 2. Tlakovou látkou k vyvozování tlaku p₃ slouží v naznačeném případě samotné chladivo, vpouštěné do prostoru 7 z přívodu chladivá 9 pod tlakem p₃ kupř. otvory 5 nebo 6. K udržení potřebného tlaku p_g jo nádoba 4 jádra reaktoru těsná a přiměřeně odolná. Pouzdra 2 jsou opatřena těsněními 2« těsnicími prostor 7 od prostoru 8 a jsou učiněna opatřeni, aby nemohla změnit svou pracovní polohu působením tlaku P3·

Předkládaného vynálezu je možno využit u všech známých typů rychlých plodivých reaktorů chlazených tekutými kovy, přičemž vynálezem řešená problematika je u nich naléhavá.

Další využití vynálezu je možné i u jiných typů jaderných reaktorů, u kterých je třeba řešit problém namáhání a životnosti pouzder palivových svazků, zejména jsou-li nekruhových, víceůhelnikových průřezů.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Jádro reaktoru oo isatihrannýai pouzdry palivových svazků, jimiž nuceni protéká chladl cí aodiua, vyznačené tla, žo prostor (7) aozi áostihrannýai pouzdry palivových svazků (2) a nádobou (4) Jo spojen oo zdrojoa odlehčovacího tlaku (p₃>.
2. 2. Jádro reaktoru podle bodu 1, vyznačené tía, že zdrojoa odlehčovacího tlaku jo přívod (9) chladicího aodia.