CZ202091A3 - Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER - Google Patents

Abstract

Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER je vytvořeno tak, že u použitého moderátoru je makroskopický účinný průřez pro absorpci neutronů minimálně o 5 % menší než u běžné H2O.

Description

Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER

Oblast techniky

Vynález se týká získávání tepelné energie z jaderného paliva, které před tím bylo použito v jaderných reaktorech typu VVER.

Dosavadní stav techniky

Jaderné palivo, které bylo použito v jaderných reaktorech typu VVER, je dnes nejprve skladováno v bazénech vyhořelého paliva (ve všech zemích). Posléze je toto palivo skladováno v meziskladech jaderného paliva před tím, než bude uloženo do trvalého úložiště vyhořelého jaderného paliva (aplikuje např. Maďarsko, Slovensko, Česko). Tento proces je mnohaletý a velmi finančně, administrativně a bezpečnostně náročný. V některých zemích (např. Rusko) může být vyhořelé palivo jaderných reaktorů VVER přepracováno v přepracovacím závodě na nový typ paliva pro jiné typy jaderných reaktorů. Přepracovací závody jsou mimořádně nákladné i náročné na výstavbu, jejich provoz a nové palivo je tak drahé.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky využití jaderného paliva, které před tím bylo použito v jaderných reaktorech typu VVER, odstraňuje Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER (dále uvedeno jako Veaktor).

Dnes komerčně skladované použité VVER palivové články (ať už v bazénech či v meziskladech) se ve Veaktoru použijí za použití specifických materiálů a fýzikálních parametrů k produkci tepla, které je pak komerčně využito.

Toto palivo se použije ve stejné formě palivových článků jako bylo použito v VVER reaktoru, rozmístěné v trojúhelníkové palivové mříži v nádobě s kapalným D2O moderátorem a kapalným chladivém. Jako chladivo těchto článků a moderátor se ve Veaktoru použijí materiály s menším makroskopickým absorpčním účinným průřezem pro pohlcení neutronů než je tomu u reaktorů VVER. Palivo se použije ve Veaktoru za nižších teplot sloučenin uranu a s nižším tlakem chladivá, než u reaktorů VVER, čímž dojde k uvolnění reaktivity. Některé palivové soubory budou od sebe více vzdáleny než u VVER reaktoru, čímž též dojde k uvolnění reaktivity.

Veaktor je pak zařízení, kde probíhá řízená štěpná jaderná reakce uranu a plutonia za uvolnění tepla. Toto teplo je odváděno chladivém do tepelného výměníku, kde je pak následně komerčně využito. Ve Veaktoru probíhá též tvorba lichých izotopů plutonia ve větší míře než u VVER reaktorů, tím se zvyšuje reaktivita paliva. Veaktor lze provozovat i s čerstvým VVER palivem a umožňuje kampaňový provoz i u paliva, které je ve WER reaktorech už nepoužitelné.

Příklady uskutečnění vynálezu

Navrhovaným vynálezem a předmětem předloženého technického řešení je Veaktor, jaderný reaktor s tepelnými neutrony, o výkonu 50-100 MWt na ohřev chladivá o atmosférickém tlaku z 70Cna 120 C.

V předloženém řešení je kupříkladu zvolena optimální koncentrace směsi chladivá 66 % oterfenyl, 34 % m-terfenyl, (tzv. Santowax OM) pro 91 palivových článků předem použitých v reaktoru VVER-440 (např. jaderné elektrárny Dukovany). Tyto články jsou rovnoměrně

CZ 2020 - 91 A3 rozmístěny v trojúhelníkovém uspořádání v nerezové stíněné válcové nádobě o průměru a výšce 5 m. Použité chladivo za daných teplot je z fyzikálního hlediska lepší než H2O u VVER reaktorů. Též použitý D2O moderátor a reflektor je z neutronického hlediska lepší než H2O u VVER reaktorů. Veaktor se řídí změnou výšky hladiny moderátoru či reflektoru či standardními řídícími tyčemi (např. s bórem). S daným vyhořelým palivem může být na daném výkonu provozováno minimálně 9 měsíců. Ohřáté teplé chladivo je vyvedeno a v tepelném výměníku mimo Veaktor chlazeno na vstupní studenou teplotu. V prvních měsících provozu se vlivem měkčího neutronového spektra více (v porovnání s reaktory VVER) vytvářejí liché izotopy plutonia a reaktivita paliva ve Veaktoru stoupá. Další vnos reaktivity způsobuje výrazně nižší teplota paliva uvnitř palivových článků v porovnání s reaktory VVER.

Průmyslová využitelnost

Výše uvedený vynález „Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER “ může být využit především v teplárenství pro většinu z desetitisíců dnes skladovaných palivových článků použitých ve VVER reaktorech za poslední půlstoletí. Zejména se toto řešení dá použít u VVER reaktorů, kde palivo nedosáhlo maximálního povoleného vyhoření. Toto řešení přispívá k lepšímu využití paliva a lepší ekonomice. Veaktor lze použít i s neozářeným palivem.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER, vyznačující se 5 tím, že makroskopický účinný průřez pro absorpci neutronů je u použitého moderátoru minimálně o 5 % menší než u běžné H2O.
2. 2. Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER dle nároku 1, vyznačující se tím, že nejvyšší teplota uvnitř paliva je minimálně o 150 C nižší než nejvyšší 10 přípustná teplota uvnitř paliva v reaktoru, kde bylo palivo použito primárně.
3. 3. Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER dle nároku 1, vyznačující se tím, že nejvyšší tlak chladivá ve všech provozních režimech je menší než 12 MPa.

   15 4. Zařízení na získávání energie z použitého paliva jaderných reaktorů VVER dle nároku 1, vyznačující se tím, že rozteč mezi některými palivovými soubory je minimálně o 3 mm větší než u reaktoru, pro které bylo palivo původně vyrobeno.