CZ2018742A3 - Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor - Google Patents
Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2018742A3 CZ2018742A3 CZ2018-742A CZ2018742A CZ2018742A3 CZ 2018742 A3 CZ2018742 A3 CZ 2018742A3 CZ 2018742 A CZ2018742 A CZ 2018742A CZ 2018742 A3 CZ2018742 A3 CZ 2018742A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- absorber
- fuel
- absorbers
- nuclear reactor
- burning
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/02—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect
- G21C7/04—Control of nuclear reaction by using self-regulating properties of reactor materials, e.g. Doppler effect of burnable poisons
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
Abstract
Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor je tvořen kombinací prvků samarium a iridium, přičemž hmotnostní koncentrace samaria v absorbátoru je v rozmezí 5 až 95 %, s výhodou v rozmezí 30 až 85 % a ještě výhodněji v σrozmezí 60,1 až 79,9 %.
Description
Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor
Oblast techniky
Vynález se týká dlouhodobé regulace reaktivity v reaktoru pomocí vyhonvajících absorbátorů, které mají jak regulační, tak bezpečnostní funkci.
Dosavadní stav techniky
Vyhořívající absorbátory jsou v různých podobách používané v současné době ve všech komerčně provozovaných energetických lehkovodních (PWR, BWR, VVER) a těžkovodních (CANDU) jaderných reaktorech. Vyhořívající absorbátory kompenzují počáteční přebytek reaktivity v reaktoru, která je způsobena čerstvým palivem, a proto umožňují částečné prodloužení palivového cyklu použitím paliva s vyšším obohacením. Z hlediska vyhořívání absorbátorů rozlišujeme rychlý a pomalý vyhořívající absorbátor. Rychlý absorbátor lépe kompenzuje na počátku kampaně, ale poměrně rychle vyhoří, např.: Gd. Pomalý absorbátor hůře kompenzuje na počátku, ale vydrží do vyšších vyhoření, např.: Dy. Dlouhodobá regulace není jediným úkolem vyhořívajíčího absorbátorů, zároveň také může přispět k negativnímu teplotnímu koeficientu reaktivity chladivá. Zejména u lehkovodních reaktorů s použitím kyseliny borité v chladivu. Dnes se jako nejčastější absorbátory používají prvky gadolinium (Gd), bór (B), europium (Eu), erbium (Er) a dysprosium (Dy). Důvod použití těchto prvků je, že mají vysoký absorpční průřez pro neutrony a následně po záchytu neutronu se přemění na prvek s malým absorpčním průřezem, toto lze také nazývat vyhořívání absorbátorů. Tento proces je žádoucí, neboť s postupným vyhoříváním paliva klesá i přebytek reaktivity, tudíž není potřeba tak velká absorpce neutronů jako na začátku kampaně, tj. na začátku doby pobytu paliva v jaderném reaktoru. Proto je rychlost vyhořívání jedním z hlavních kritérií pro výběr prvku, který by mohl sloužit jako vyhořívající absorbátor.
V současné době se vyhořívající absorbátory používají ve dvou provedeních, integral burnable absorber (IBA) s podprovedenim integral fuel burnable absorber (IFBA) a burnable poison rod assembly (BPRA). První jmenovaný je homogenní směs paliva (UO2) a vyhořívajícího absorbátorů (Gd, Er atd.) zpracovaná do formy palivových pelet.
Tuto formu absorbátorů používají lehkovodní reaktory PWR, BWR i VVER s výjimkou reaktorů od firmy Westinghouse, a dále i těžkovodní reaktory CANDU. Reaktory od firmy Westinghouse používají podprovedení IBA, tzv. IFBA, v tomto případě je tenká vrstvička - setiny milimetru, absorbátorů (ZrB2) nanesená na vnější povrch palivové pelety. Druhou možností vyhořívajícího absorbátorů je provedení BPRA, v takovém případě je absorbátor ve formě tyče, která je vložená do vodící trubky pro regulační klastry. Pro reaktory PWR je možné použít oba druhy vyhonvajících absorbátorů, avšak BWR reaktory mohou používat pouze IB A absorbátor.
U současných absorbátorů je největší problém nelinearita kompenzace přebytku reaktivity. Zpravidla je na začátku potřeba kompenzace největší a následně by měla klesat s vyhoříváním paliva. Avšak dnes absorbátory kompenzují na počátku kampaně nedostatečně a na konci, kde už je žádoucí mít kompenzaci nulovou, stále ještě zachytávají neutrony. Tento problém je jeden z důvodů, proč není možné přejít na vyšší vyhoření paliva, tj. vyšší využití. Odstraněním tohoto nedostatku by bylo možné prodloužení kampaně paliva, lepšímu využití paliva a zároveň lepší ekonomice paliva.
Při použití oxidu gadolinia (GdiO,) ve formě IB A jako vyhořívajícího absorbátorů, dochází ke zmenšení tepelné vodivosti paliva a současné se také snižuje teplota tavení paliva. Obě tyto změny musí být brány v potaz při řešení bezpečnostních výpočtů. U použití absorbátorů ve formě IFBA se neovlivňují materiálové vlastnosti paliva, na druhou stranu je problémový
- 1 CZ 2018 - 742 A3 hygroskopický charakter zirkonia, tzn., že prudce reaguje s vodní párou za vzniku oxidu zirkoničitého, vodíku a velkého množství tepla, toto je nebezpečné zejména při havarijních stavech reaktoru.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nevýhody vyhořívajících absorbátorů používaných v jaderných reaktorech odstraňuje vyhořívající absorbátor složený ze dvou prvků, v tomto případě samarium a iridium, připravený jako homogenní směs paliva a absorbátorů, tzv. integral burnable absorber (IBA).
Použitím absorbátorů podle vynálezu umožňuje snížit nelinearitu kompenzace reaktivity, reaktivita je na počátku kampaně kompenzována dostatečně a následně kompenzace klesá až ke stavu bez vyhořívajíčího absorbátorů. Absorbátor taktéž napomáhá vyrovnat koeficient nevyrovnání, který je jedním z licenčních podmínek. Zároveň je odstraněna velká nelinearita kompenzace mezi jednotlivými překládkami paliva, jak lze vidět na Obr. 2. Na počátku kampaně je při použití tohoto absorbátorů multiplikační faktor, tj. poměr mezi počtem neutronů současné generace N a generace předchozí N-i, při stálém výkonu je roven 1, téměř roven 1, dále stoupá až do hodnoty přibližně 1,13 a poté klesá ke stavu bez použití absorbátorů. Toto je výrazné zlepšení proti např. gadoliniovému absorbátorů, který se používá v dnešní době. Zvyšování multiplikačního faktoru v několika prvních krocích kampaně se dá kompenzovat kyselinou boritou, dnes běžně používaný rozpustný absorbátor neutronů. Díky tomu, že v tomto absorbátorů nefiguruje zirkonium, odstraňuje se také problém s hygroskopickým charakterem zirkonia.
Objasnění výkresů
Vynález bude dále ilustrován pomocí obr. 1 a obr. 2, tyto obrázky zobrazují průběh koeficientu násobení s absorbátorem podle vynálezu a bez absorbátorů v průběhu palivového cyklu. Obr. 1 zobrazuje průběh koeficientu násobení pro celkové využití paliva v elektrárně. Obr. 2 ilustruje použití paliva s VA a bez VA při 3-letém palivovém cyklu, zde je vidět rapidní pokles maxim koeficientu násobení mezi výměnami paliva a celkové ustálení průběhu koeficientu násobení.
Příklady uskutečnění vynálezu
Navrhovaným vynálezem a předmětem předloženého technického řešení je kompenzace počáteční reaktivity obohaceného paliva vyhořívajícím absorbátorem složeného z kombinace prvků samarium a iridium. V předloženém řešení je kupříkladu zvolena optimální koncentrace prvků v hmotnostním poměru 64 % samaria a 36 % iridia. Toto konkrétní řešení je z neutronového hlediska ideální. Kompenzace reaktivity je na počátku kampaně dostatečná a následně se postupně blíží stavu bez absorbátorů. Celková hmotnostní koncentrace absorbátorů v palivu bude 0,1382 %, což je přibližně 0,74 kg v jednom palivovém souboru jaderného reaktoru EPR. Absorbátor může být vyroben jako kombinace oxidů a kovů např.: oxidu samaria Sm2O3 a kovového iridia. Při použití této směsi, dojde díky kovovému iridiu ke zvýšení tepelné vodivosti paliva, což je výhodné z hlediska bezpečnosti.
Průmyslová využitelnost
Výše uvedený vynález vyhořívajíčího absorbátorů tvořeného kombinací prvků samarium a iridium může být využit pro kompenzaci reaktivity v jaderném reaktoru. Zejména se toto řešení dá použít u lehkovodních reaktorů PWR, BWR, VVER a taktéž u těžkovodních reaktorů
-2 CZ 2018 - 742 A3
CANDU. Toto řešení přispívá k lepšímu využití paliva, lepší ekonomice a také prodloužení kampaně.
Claims (2)
- 5 PATENTOVÉ NÁROKY1. Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor, vyznačující se tím, že je tvořen kombinací prvků samarium a iridium, přičemž hmotnostní koncentrace samaria v absorbátoru je v rozmezí 5 ίο až 95 %.
- 2. Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že hmotnostní koncentrace samaria v absorbátoru je v rozmezí 30 až 85 %.15 3. Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor dle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že hmotnostní koncentrace samaria v absorbátoru je v rozmezí 60,1 až 79,9 %.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-742A CZ309520B6 (cs) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-742A CZ309520B6 (cs) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2018742A3 true CZ2018742A3 (cs) | 2020-07-08 |
| CZ309520B6 CZ309520B6 (cs) | 2023-03-22 |
Family
ID=71406151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-742A CZ309520B6 (cs) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309520B6 (cs) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1056950A (en) * | 1964-12-22 | 1967-02-01 | Hitachi Ltd | Control elements for fast nuclear reactors |
| US3849248A (en) * | 1969-02-14 | 1974-11-19 | Gen Electric | Samarium compensation for nuclear reactor fuel |
| CA1183613A (en) * | 1980-12-27 | 1985-03-05 | Koichiro Inomata | Neutron absorber, neutron absorber assembly utilizing the same, and other uses thereof |
| US4564498A (en) * | 1982-10-26 | 1986-01-14 | General Electric Company | System for the analysis of nuclear fuel rods |
| US9165691B2 (en) * | 2009-04-17 | 2015-10-20 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Burnable poison materials and apparatuses for nuclear reactors and methods of using the same |
-
2018
- 2018-12-27 CZ CZ2018-742A patent/CZ309520B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ309520B6 (cs) | 2023-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khoshahval et al. | Evaluation of burnable absorber rods effect on neutronic performance in fuel assembly of WWER-1000 reactor | |
| KR20120123098A (ko) | 핵연료, 핵연료 요소, 핵연료 어셈블리 및 핵연료의 제조 방법 | |
| US10679759B2 (en) | Method of cooling nuclear reactor and nuclear reactor including polyhedral boron hydride or carborane anions | |
| JP2018510361A (ja) | 中性子吸収材混合物を含む核燃料 | |
| US3103476A (en) | Fuel element with burnable poison within the cladding | |
| Kurosaki et al. | Chemical states of fission products and actinides in irradiated oxide fuels analyzed by thermodynamic calculation and post-irradiation examination | |
| CN105377763A (zh) | 由铀、钆和氧形成的新型材料及其作为可消耗的中子毒物的用途 | |
| CZ2018742A3 (cs) | Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor | |
| US20090268861A1 (en) | Plutonium/Zirconium Hydride/Thorium Fuel Matrix | |
| JP2018054601A (ja) | 軽水炉用燃料集合体、軽水炉炉心、軽水炉用燃料集合体製造方法およびｍｏｘ燃料集合体製造方法 | |
| EP1914759B1 (en) | Fuel element for pressurised water nuclear reactors and method of loading fuel elements into a nuclear reactor core | |
| CZ32602U1 (cs) | Vyhořívající absorbátor pro jaderný reaktor | |
| KR102124517B1 (ko) | 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로 | |
| EP0518860A1 (en) | Pressurized water nuclear reactor fuel | |
| Andrews et al. | Steady state and accident transient analysis burning weapons-grade plutonium in thorium and uranium with silicon carbide cladding | |
| JP3895607B2 (ja) | 熱中性子原子炉用ｍｏｘ燃料集合体 | |
| KR20190086888A (ko) | 토륨 기반 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로 | |
| Kryger et al. | Irradiation performances of the Superphenix type absorber element | |
| Hastings et al. | Transient fission product release during dryout in operating U02 fuel | |
| Trianti et al. | Design study of thorium-232 and protactinium-231 based fuel for long life BWR | |
| Kim et al. | A reactivity hold-down strategy for soluble boron free operation by introducing Pu-238 added fuel | |
| Čudrnák et al. | Optimized gadolinium fuel assemblies for light water reactors | |
| CN113257441B (zh) | 可燃毒物和小型板状压水堆 | |
| Cudrnak et al. | Optimization of fuel assembly with gadolinium for LWRS | |
| Goto et al. | Development of Security and Safety Fuel for Pu-Burner HTGR: Part 2—Design Study of Fuel and Reactor Core |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20231227 |