CZ290300B6 - Řídicí sloup, palivový element a absorpční element pro jaderný reaktor - Google Patents

Abstract

dic sloup, jeho absorp n element (AE) je p°ipojen spojovac m elementem (CE) k horn mu d lu (3) palivov ho elementu (BE), obsahuje oblast le c mezi doln m okrajem (HA) absorberu tvo°en ho absorp n mi t lesy (26) upevn n²mi v absorp n m elementu (AE) a horn m okrajem (HF) aktivn z ny paliva obsa en ho v palivov²ch ty ch (7) palivov ho elementu (BE) a d ly z absorp n ho materi lu proch zej c spojovac m elementem (CE) a dosahuj c a k horn mu okraji (HF) aktivn z ny paliva. V palivov m elementu (BE) jsou za t m · elem upraveny kol ky (15) z absorp n ho materi lu, kter proch zej kryc deskou (6) palivov ho elementu a zasahuj do meziprostor mezi palivov²mi ty emi (7), nebo dut² v lec (32) z absorp n ho materi lu, kter² je obklopen spojovac mi elementy (30, 31). T m se zabr n nerovnom rnosti v²konu v palivov²ch ty ch (7), k n mu m e p°i provozu reaktoru doj t, kdy na horn okraj (HF) paliva navazuje z na, kter neobsahuje dn palivo palivov ho elementu (BE) a neobsahuje dn absorp n t leso absorp n ho elementu (AE).\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká řídicího sloupu pro jaderný reaktor, sestávajícího z palivového elementu a absorpčního elementu. Vynález se dále týká palivového elementu a absorpčního elementu tohoto řídicího sloupu.

Dosavadní stav techniky

Tyto řídicí sloupy, u nichž je absorpční element spojen spojovacími díly s horním koncem palivového elementu, jsou známé u tlakovodních reaktorů sovětské konstrukce. Palivový element obsahuje palivo uzavřené v kovových konstrukčních dílech, přičemž toto palivo je upraveno mezi dolním okrajem a horním okrajem aktivní zóny palivového elementu, zatímco absorpční element obsahuje těleso z absorpčního materiálu přidržované kovovými konstrukčními díly, které je uspořádáno pod horním okrajem absorbéru a zasahuje až k dolnímu okraji absorbéru. Konstrukční díly vyčnívají v horní části palivového elementu nad horní okraj aktivní zóny palivového elementu a jsou tam vytvořeny jako spojovací díly. Zasahují do příslušných protilehlých spojovacích dílů, které jsou vytvořeny pod dolním okrajem absorbéru z vyčnívajících konstrukčních dílů absorpčního elementu.

Horní okraj a dolní okraj aktivní zóny palivového elementu přitom nejsou shodné skonči palivových tyčí, které jsou vytvořeny jako plynotěsně uzavřené trubky naplněné palivem. Navíc obsahují tyto trubky nad horním okrajem aktivní zóny apod dolním okrajem aktivní zóny palivového elementu sběrné prostory plynů pro produkty štěpení vzniklé při provozu. Aktivní zóna palivového elementu obsahující palivo tedy začíná nad dolními konci palivových tyčí a končí pod jejich horními konci. Existují rovněž řídicí sloupy, u nichž při provozu na plný výkon leží horní okraj aktivní zóny palivového elementu pod hranicí, která ohraničuje aktivní zónu jádra reaktoru, protože palivové tyče jsou zkráceny.

Při plném výkonu reaktoru je řídicí sloup v poloze, v níž je jeho palivový element zhruba ve stejné výšce jako palivové elementy, které jsou v jádru neboli aktivní zóně reaktoru uspořádány vedle řídicího sloupu. Aktivní zóna palivového elementu je tedy shodná s aktivní zónou jádra reaktoru, které je určeno aktivními zónami jiných palivových elementů. Pro snížení výkonu se řídicí sloup axiálně přesune, přičemž nyní je do aktivní zóny jádra reaktoru zasunuta část řídicího sloupu, která neobsahuje ani palivo ani materiál, nýbrž spojovací a konstrukční díly. Přitom tyto díly vytlačí pouze poměrně malý objem vody, takže v této oblasti se nastaví zvýšená moderace. Tato poloha se nastaví prakticky vždy při dílčím řízení.

Ukazuje se, že na horních koncích palivových tyčí v palivovém elementu řídicího sloupu vznikají výkonové špičky. Bylo proto již navrženo palivovou náplň palivových tyčí tohoto palivového elementu zkrátit a místo ní na horním konci uspořádat ocelové kolíky o délce asi 100 mm, které působí proti zvýšení výkonu v horní oblasti aktivní zóny těchto palivových tyčí.

Vedle toho však dochází i v horních částech sousedních palivových tyčí ke zvýšení výkonu, přičemž příčinou tohoto jevu je pravděpodobně zkreslení neutronového toku vyvolané řídicím sloupem.

Úkolem vynálezu je vytvořit řídicí sloup, který - oproti známým řídicím sloupům - vyvolá rovnoměrnější rozložení neutronového toku a výkonu, popřípadě vytvořit absorpční element a palivový element vhodné pro tento řídicí sloup.

-1 CZ 290300 B6

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje řídicí sloup pro jaderný reaktor, sestávající z palivového elementu s palivem 5 upevněným kovovými konstrukčními díly, které je upraveno mezi dolním okrajem a horním okrajem (HF) aktivní zóny, a absorpčního elementu, připojeného spojovacím elementem k hornímu konci palivového elementu, s absorpčními tělesy uspořádanými pod horním okrajem absorbéru, která jsou upevněna kovovými konstrukčními díly, podle vynálezu, jehož podstatou je, že pod absorpčním elementem jsou uspořádány díly z absorpčního materiálu procházející 10 spojovacím elementem a dosahující až k hornímu okraji aktivní zóny paliva.

Díly z absorpčního materiálu jsou s výhodou tvořeny dutým válcem z absorpčního materiálu, zejména z materiálu obsahujícího hafnium, nebo z jiného materiálu odolného proti korozi.

Díly z absorpčního materiálu jsou s výhodou tvořeny kolíky z absorpčního materiálu nebo vyplněnými absorpčním materiálem, zejména materiálem obsahujícím stříbro, indium a kadmium.

Podle výhodného provedení vynálezu obsahuje palivový element palivové tyče, přičemž alespoň 20 jedna skupina palivových tyčí je tvořena trubkami naplněnými palivem až k hornímu okraji aktivní zóny a na horním okraji plynotěsně uzavřenými, a přičemž mezi palivové tyče této skupiny zasahují shora kolíky až k hornímu okraji aktivní zóny.

Uvedený úkol dále splňuje palivový element pro řídicí sloup jaderného reaktoru, se svazkem 25 palivových tyčí, uložených v okách pravidelné mříže, zejména mříže s šestiúhelníkovými oky, přičemž každá palivová tyč obsahuje sloupec paliva, uzavřený plynotěsně v trubce, se sběrným prostorem plynu uspořádaným nad palivem, a zasahuje od dnové desky až do blízkosti krycí desky, a se spojovacími díly vyčnívajícími nad krycí desku pro záběr do příslušných protilehlých spojovacích dílů absorpčního elementu řídicího sloupu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že 30 část ok mříže je prosta palivových tyčí nebo část ok mříže je osazena palivovými tyčemi, které obsahují palivo nanejvýš ve své spodní části, a že do těchto ok zasahují kolíky, které procházejí shora krycí deskou až do výšky paliva v palivových tyčích, a obsahují absorpční materiál.

Jako kolíky jsou s výhodou použity uzavřené trubkové kusy, prakticky vyplněné absorpčním 35 materiálem, zejména materiálem obsahujícím stříbro, indium a kadmium.

Kolíky s výhodou zasahují do horních konců trubek, které jsou prosty paliva.

Podle výhodného provedení vynálezu obsahuje alespoň část palivových tyčí v horní části trubky 40 palivo, které sestává z přírodního uranu nebo ochuzeného paliva.

Uvedený úkol dále splňuje absorpční element pro řídicí sloup jaderného reaktoru, s absorpčními tělesy, která jsou obklopena kovovými konstrukčními díly a zasahují až k dolnímu okraji absorbéru, a se spojovacími díly vyčnívajícími pod dolní okraj absorbéru pro záběr s příslušnými 45 protilehlými spojovacími díly palivového elementu řídicího sloupu, podle výhodného provedení, jehož podstatou je, že spojovací díly vyčnívající pod dolní okraj absorbéru obklopují dutý válec z absorpčního materiálu, zejména z absorpčního materiálu obsahujícího hafnium, nebo jiného absorpčního materiálu odolného proti korozi.

-2 CZ 290300 B6

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje podélný řez příkladným provedením palivového elementu řídicího sloupu podle vynálezu, obr. 2 podélný řez příslušným řídicím elementem, a obr. 3 podélný řez spojovacími díly obou elementů ve spojeném stavu.

Příklady provedení vynálezu

Palivový element BE sestává podle obr. 1 ze spodního dílu 1, k němuž je připojena schránka 2 dosahující až k hornímu dílu 3. U zmíněných reaktorů sovětské konstrukce mají spodní díl 1, schránka 2 a horní díl 3 šestiúhelníkový průřez.

Středové pouzdro 5 spojuje dnovou desku 4 s krycí deskou 6, mezi nimiž jsou uspořádány palivové tyče 7. Tyto palivové tyče 7 jsou tvořeny trubkami rovnoběžnými s osou řídicího sloupu, které jsou až k hornímu okraji HF aktivní zóny vyplněny palivem a nad tímto horním okrajem HF aktivní zóny jsou plynotěsně uzavřeny. Podobně zasahuje náplň často pouze k dolnímu okraji HL aktivní zóny ležící nad dnovou deskou 4. Roviny tvořící okraje HL aHF aktivní zóny proto ohraničují aktivní zónu palivového elementu BE. Jestliže je palivový element zcela zasunut, leží roviny tvořící okraj HL a HF aktivní zóny v okrajích aktivní zóny jádra reaktoru.

Přitom může být výhodné, když se k plynotěsně uzavřeným trubkám pod horním okrajem HF aktivní zóny připojí objem pláště reaktoru, v němž je obvyklé obohacené palivo nahrazeno přírodním uranem, ochuzeným nebo spotřebovaným palivem. Tím se v této axiální části v průměru uvolňuje menší výkon. Kromě toho se prakticky zabrání tomu, aby v axiálním směru směrem vzhůru došlo k neutronovým ztrátám. Navíc se gradient neutronového toku na horním konci palivové tyče 7 zvýší. Dojde ke zlepšenému využití paliva při současné úspoře paliva (nižší střední obohacení paliva palivové tyče 2) a k poklesu ztrát v palivovém okruhu.

Nad krycí desku 6 v horním dílu 3 palivového elementu BE na obr. 1 vyčnívají spojovací díly 11 a 12, které jsou vytvořeny jako objímky bajonetového uzávěru, a do nichž mohou zasahovat příslušné zástrčné části příslušného absorpčního elementu AE. Součástí bajonetového uzávěru je dále přidržovací výstupek 13 vnitřního spojovacího dílu 11 a součástí ploch pro záběr se zvedacím nástrojem a pro manipulaci s palivovým elementem BE je přidržovací výstupek 14 vnějšího spojovacího dílu M.

Na obr. 1 je znázorněno, že v některých polohách nacházejících se mezi normálními palivovými tyčemi 7 jsou uspořádány absorpční trubky 8 nahoře otevřené, které nejsou vyplněny palivem, nýbrž mohou obsahovat vytlačovací tyče nebo i vodu (moderátor). Tyto absorpční trubky 8 jsou dole pomocí držáků 9 připevněny ke dnové desce 4, zatímco další držáky 10 na krycí desce 6 nesou kolíky 15, které v těchto polohách zasahují mezi normální palivové tyče 7 vyplněné palivem. Tyto kolíky 15 obsahují materiál se zvýšenou absorpcí neutronů, například náplň ze stříbra, india a kadmia, která je náchylná ke korozi, a která je obklopena pláštěm odolným proti korozi.

Palivový element BE podle výhodného provedení řídicího sloupu podle vynálezu tedy obsahuje svazek palivových tyčí 7, které jsou uloženy v okách pravidelné mříže, zejména šestiúhelníkové

-3 CZ 290300 B6 mříže, a mají vždy sloupec paliva obklopený plynotěsně uzavřenou trubkou, přičemž nad palivovými tyčemi 7 je upraven sběrný prostor plynu. Tyto palivové tyče 7 zasahují přibližně od dnové desky 4 do blízkosti krycí desky 6.

Palivové tyče 7 jsou v jednotlivých axiálních polohách pomocí (neznázoměných) distančních držáků upevněny v mřížové konstrukci, přičemž však některá oka mříže nejsou osazena palivovými tyčemi 7 obsahujícími palivo, nýbrž nanejvýš jsou osazena takovými palivovými tyčemi 7, které obsahují palivo pouze ve své dolní části. V těchto okách mříže jsou uspořádány kolíky 15 z absorpčního materiálu, které procházejí krycí deskou 6 prakticky až k hornímu okraji 10 HF aktivní zóny palivového elementu BE. Tyto kolíky 15 mohou tvořit horní část zmíněných palivových tyčí 7, které obsahují palivo pouze ve spodní části.

Jestliže se rovněž při snížení výkonu reaktoru přemístil řídicí sloup směrem dolů, tak kolíky 15 z absorpčního materiálu vyrovnají vlivy, které tím vzniknou, takže v aktivní zóně jádra reaktoru 15 nyní spolu sousedí sběrné prostory plynu a volná oblast bez paliva kolem krycí desky 6 řídicího sloupu.

U absorpčního elementu AE podle obr. 2 je sice mezi spodním dílem 21 a horním dílem 23 upravena schránka 22 absorpčního elementu AE, která spolu se středovou tyčí 24, vedenou 20 středovým pouzdrem 25, tvoří nosné kovové díly absorpčního elementu AE. Mezi středovým pouzdrem 25 a schránkou 22 jsou uspořádána absorpční tělesa 26, která zasahují od horního okraje HO absorbéru až k dolnímu okraji HA absorbéru ve spodním dílu 21. Na spodním dílu 21 je upevněn spojovací díl 30, který spolu se středovou tyčí 24, vyčnívající směrem dolů, tvoří zástrčku pro bajonetový uzávěr, k němuž patří objímkové součásti na horním dílu 3 příslušného 25 palivového elementu BE.

Aby se zabránilo tomu, že ve spojeném stavu by příslušné spojovací díly 30, 31 absorpčního elementu AE a k nim příslušné spojovací díly 11, 12 a přidržovací výstupky 13, 14 palivového elementu BE vytvořily prostor bez absorbéru, je upraven dutý válec 32 z materiálu, zejména 30 z materiálu odolného proti korozi, jako je hafnium nebo slitina hafnia, popřípadě sloučenina hafnia. Tento dutý válec 32 je mechanicky chráněn ze strany středovou tyčí 24. středovým pouzdrem 25 a spojovacím dílem 30.

Na obr. 3 je znázorněný hotově smontovaný spojovací element CE, kteiý spojuje absorpční 35 element AE z obr. 2. s palivovým elementem BE z obr. 1.

Přitom je vidět, že absorpční materiál je uspořádán mezi spodním dílem 21 absorpčního elementu AE. nad nímž jsou uspořádána absorpční tělesa 26. zasahující až k dolnímu okraji HA absorbéru, a nad horním okrajem HF aktivní zóny, který leží pod horním dílem 3 palivového 40 elementu BE. Ze přitom podél malé axiální oblasti G vznikne pás bez absorbéru, nemá žádný další význam, avšak vhodným provedením spojovacích dílů lze této skutečnosti zabránit.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Řídicí sloup pro jaderný reaktor s palivovým elementem (BE) s palivem upevněným kovovými konstrukčními díly, které je upraveno mezi dolním okrajem (HL) a horním okrajem (HF) aktivní zóny, a s absorpčním elementem (AE), připojeným spojovacím elementem (CE) k hornímu konci palivového elementu (BE), s absorpčními tělesy (26) uspořádanými pod horním okrajem (HO) absorbéru, která jsou upevněna kovovými konstrukčními díly, vyznačující se tím, že pod absorpčním elementem (AE) jsou uspořádány díly z absorpčního materiálu procházející spojovacím elementem (CE) a dosahující až k hornímu okraji (HF) aktivní zóny paliva.
2. 2. Řídicí sloup podle nároku 1,vyznačující se tím, že díly z absorpčního materiálu jsou tvořeny dutým válcem (32) z absorpčního materiálu, zejména z materiálu obsahujícího hafnium, nebo z jiného materiálu odolného proti korozi.
3. 3. Řídicí sloup podle nároku 1,vyznačující se tím, že díly z absorpčního materiálu jsou tvořeny kolíky (15) z absorpčního materiálu nebo vyplněnými absorpčním materiálem, zejména materiálem obsahujícím stříbro, indium a kadmium.
4. 4. Řídicí sloup podle nároku 3, vyznačující se tím, že palivový element (BE) obsahuje palivové tyče (7), přičemž alespoň jedna skupina palivových tyčí (7) je tvořena trubkami naplněnými palivem až k hornímu okraji (HF) aktivní zóny a na horním okraji plynotěsně uzavřenými, a přičemž mezi palivové tyče (7) této skupiny zasahují shora kolíky (15) až k hornímu okraji aktivní zóny.
5. 5. Palivový element pro řídicí sloup jaderného reaktoru se svazkem palivových tyčí (7), uložených v okách pravidelné mříže, zejména mříže s šestiúhelníkovými oky, přičemž každá palivová tyč (7) obsahuje sloupec paliva, uzavřený plynotěsně v trubce, se sběrným prostorem plynu uspořádaným nad palivem, a zasahuje od dnové desky (4) až do blízkosti krycí desky (6), a se spojovacími díly vyčnívajícími nad krycí desku (6) pro záběr do příslušných protilehlých spojovacích dílů absorpčního elementu (AE) řídicího sloupu, vyznačující se tím, že část ok mříže je prosta palivových tyčí (7) nebo část ok mříže je osazena palivovými tyčemi (7), které obsahují palivo nanejvýš ve své spodní části, a že do těchto ok zasahují kolíky (15), které procházejí shora krycí deskou (6) až do výšky paliva v palivových tyčích (7), a obsahují absorpční materiál.
6. 6. Palivový element podle nároku 5, vyznačující se tím, že jako kolíky (15) jsou použity uzavřené trubkové kusy, prakticky vyplněné absorpčním materiálem, zejména materiálem obsahujícím stříbro, indium a kadmium.
7. 7. Palivový element podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že kolíky (15) zasahují do horních konců trubek, které jsou prosty paliva.
8. 8. Palivový element podle jednoho znároků 5 až 7, vyznačuj ící se t í m, že alespoň část palivových tyčí (7) v homí části trubky obsahuje palivo, které sestává z přírodního uranu nebo ochuzeného paliva.

   -5CZ 290300 B6
9. 9. Absorpční element pro řídicí sloup jaderného reaktoru s absorpčními tělesy (26), která jsou obklopena kovovými konstrukčními díly a zasahují až k dolnímu okraji (HA) absorbéru, a se spojovacími díly (30, 31) vyčnívajícími pod dolní okraj (HA) absorbéru pro záběr s příslušnými

   5 protilehlými spojovacími díly palivového elementu (BE) řídicího sloupu, vyznačující se t í m, že spojovací díly (30, 31) vyčnívající pod dolní okraj (HA) absorbéru obklopují dutý válec (32) z absorpčního materiálu, zejména z absorpčního materiálu obsahujícího hafnium, nebo jiného absorpčního materiálu odolného proti korozi.