CZ33786U1 - Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu - Google Patents
Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33786U1 CZ33786U1 CZ2019-37083U CZ201937083U CZ33786U1 CZ 33786 U1 CZ33786 U1 CZ 33786U1 CZ 201937083 U CZ201937083 U CZ 201937083U CZ 33786 U1 CZ33786 U1 CZ 33786U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- fuel
- nuclear fuel
- weight
- pellet
- nuclear
- Prior art date
Links
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 title claims description 27
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 26
- 239000008188 pellet Substances 0.000 title claims description 26
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 7
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(iii) oxide Chemical compound O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 5
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 4
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 claims description 3
- UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N plutonium dihydrate Chemical compound O.O.[Pu] UTDLAEPMVCFGRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N plutonium(IV) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[Pu+4] FLDALJIYKQCYHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 230000004992 fission Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-OIOBTWANSA-N uranium-235 Chemical compound [235U] JFALSRSLKYAFGM-OIOBTWANSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/045—Pellets
-
- 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)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu
Oblast techniky
Technické řešení se týká jaderného paliva se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivové pelety toto jaderné palivo obsahující a palivové tyče obsahující alespoň jednu tuto peletu.
Dosavadní stav techniky
Jaderné palivo pro tlakovodní a varné jaderné reaktory, případně s jistými úpravami i pro další typy, jako jsou reaktory lehkovodní grafitové, grafitové CO2 chlazené, těžkovodní či rychlé, se vyrábí z oxidu uraničitého UO2, který se spéká do formy keramických pelet. V těchto peletách probíhá v průběhu provozu reaktoru štěpná řetězová reakce, uvolňuje se teplo a produkují štěpné a aktivační produkty. Výsledkem těchto procesů je fakt, že v peletce o průměru necelého centimetru je teplotní gradient mezi středem a okrajem až 800 °C, v případě abnormálních či havarijních procesů ještě více. Pelety se skládají na sebe a vkládají se do pokrytí, tvořeného slitinami zirkonia, nebo oceli, a to v případě grafitových CO2 chlazených nebo rychlých reaktorů. Takto vzniklá tyč je naplněna inertní atmosférou a nahoře a dole uzavřena. Palivové tyče se následně skládají do souborů jaderného paliva.
Sintrovaný keramický oxid uraničitý má však velmi malou tepelnou vodivost, která způsobuje vysoký radiální gradient teplot v peletách jaderného paliva lehkovodních jaderných reaktorů.
V současnosti se vysoký gradient považuje za přijatelný. Peleta však vlivem tohoto gradientu praská, drolí se a je méně odolná radiačnímu poškození. V případě poškození pokrytí paliva je pravděpodobné vymývání radionuklidů do primárního okruhu. V případě havarijních situací a náhlého navýšení teplot v palivu se centrální část paliva může dostat až k teplotě tavení UO2, i když okrajové části pelety jsou na bezpečně nízké teplotě. Dalším problémem je kumulované teplo, které je úměrné integrálu teplotního pole v palivové peletě. V případě ztráty chlazení dochází v prvních okamžicích k potřebě odvést toto teplo z paliva, což zhoršuje bilanci havarijní situace.
Cílem je představit řešení, které výše uvedené nevýhody odstraňuje.
Podstata technického řešení
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, jehož podstata spočívá v tom, že obsahuje směs oxidu uraničitého, karbidu křemíku a oxidu hlinitého.
Ve výhodném provedení je oxid hlinitý výhodně ve formě nanovláken, nanotrubiček nebo nanodrátků, případně jejich kombinací.
V jiném výhodném provedení je obsah izotopu 235U v oxidu uraničitém v rozmezí 0,2 až 19,99 % hmotnostních.
V jiném výhodném provedení je obsah karbidu křemíku ku celkové hmotnosti v rozsahu 5 až 20 % hmotnostních.
V jiném výhodném provedení je obsah oxidu hlinitého ku celkové hmotnosti v rozsahu 1 až 20 % hmotnostních.
- 1 CZ 33786 U1
V jiném výhodném provedení obsahuje homogenně rozprostřený vyhořívající absorbátor ve formě Gd2C>3 s hmotnostním obsahem oxidu gadolinitého 1 až 10 %.
V jiném výhodném provedení obsahuje homogenně rozprostřený vyhořívající absorbátor ve formě EnCh s hmotnostním obsahem oxidu erbitého 1 až 10 %.
V jiném výhodném provedení obsahuje homogenně rozprostřené recyklované vyhořelé jaderné palivo ve formě oxidu plutoničitého P11O2 s hmotnostním obsahem P11O2 5 až 30 %.
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry rovněž palivová peleta, jejíž podstata spočívá v tom, že obsahuje jaderné palivo podle některého z nároků.
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry rovněž palivová tyč, jejíž podstata spočívá v tom, že obsahuje alespoň jednu peletu podle nároku.
Příklady uskutečněného technického řešení
Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí podle technického řešení obsahuje směsi oxidu uraničitého UO2, karbidu křemíku SiC a oxidu hlinitého - aluminy AI2O3.
Oxid hlinitý je výhodně ve formě nanovláken, nanotrubiček nebo nanodrátků, případně jejich kombinací.
Obsah izotopu 235U v oxidu uraničitém může být v rozmezí 0,2 až 19,99 % hmotnostních.
Obsah karbidu křemíku ku celkové hmotnosti může být v rozsahu 5 až 20 % hmotnostních.
Obsah oxidu hlinitého ku celkové hmotnosti může být v rozsahu 1 až 20 % hmotnostních.
Jaderné palivo výhodně dále obsahuje homogenně rozprostřený vyhořívající absorbátor ve formě Gd2O3 s hmotnostním obsahem oxidu gadolinitého 1 až 10 %, a/nebo homogenně rozprostřený vyhořívající absorbátor ve formě EnCh s hmotnostním obsahem oxidu erbitého 1 až 10 %, a/nebo homogenně rozprostřené recyklované vyhořelé jaderné palivo ve formě oxidu plutoničitého PuO2, tzv. směsný oxid MOX, s hmotnostním obsahem P11O2 5 až 30 %.
Výroba jaderného paliva podle tohoto technického řešení je následující:
Práškový standardní oxid uraničitý o obohacení izotopem 235U od 0,2 % hmotnostními do 19,99 % hmotnostních je smísen s práškovým SiC. Hmotnostní poměr SiC ku celkové hmotnosti je mezi 5 až 20 %. Do směsi je přidána alumina AI2O3 ve formě nanotrubiček nebo nanovláken nebo nanodrátků, přičemž hmotnostní obsah aluminy ku celkové hmotnosti je 1 až 20 % hmotnostních. Takto vytvořená směs je standardně sintrována a vzniklý keramický materiál je použit jako peleta jaderného paliva.
Součástí tohoto technického řešení je tedy i palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu.
Uvedené technické řešení zvyšuje tepelnou vodivost materiálu pelety při zachování jejích keramických vlastností ave výsledku snižuje teplotní gradient o stovky °C, čímž poskytuje jadernému palivu bezpečnostní rezervu. Podstata inovovaného technického řešení spočívá v tom, že do materiálu UO2 je přidán materiál SiC, který má vysokou tepelnou vodivost. Aby ve výsledné sintrované keramické směsi došlo k dokonalejšímu kontaktu zrn materiálů SiC a UO2, je do směsi přidána i alumina AI2O3 ve formě nanotrubiček/nanovláken/nanodrátků. Tato směs je standardně spečena do keramické pelety, která má vyšší tepelnou vodivost než původní materiál,
-2CZ 33786 U1 gradient teplot v peletě je tedy nižší. Stejné řešení může být použito i pro pelety s vyhořívajíčími absorbátory, ať již v podobě Gd2O3 nebo Er2Os nebo v palivech typu MOX, nebo i MOX+Gd2C>3. Vliv na tepelnou vodivost je v tomto případě také pozitivní.
Nevýhodou tohoto technického řešení je snížení měrného množství štěpitelného materiálu v peletě. Při zachování maximální hodnoty obohacení jaderného paliva uranem 235U na hodnotě méně než 5 % hmotnostních dojde ke zkrácení délky vnitřního palivového cyklu. Palivo dle inovovaného technického řešení je tedy doporučeno využít v kombinaci s palivem o hmotnostním obohacení 235U vyšším než 5 %.
Claims (10)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, vyznačující se tím, že obsahuje směs oxidu uraničitého, karbidu křemíku a oxidu hlinitého.
- 2. Jaderné palivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že oxid hlinitý je výhodně ve formě nanovláken, nanotrubiček nebo nanodrátků, případně ve formě jejich kombinací.
- 3. Jaderné palivo podle některého z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že obsah izotopu 235U v oxidu uraničitém je v rozmezí 0,2 až 19,99 % hmotnostních.
- 4. Jaderné palivo podle některého z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že obsah karbidu křemíku ku celkové hmotnosti paliva je v rozsahu 5 až 20 % hmotnostních.
- 5. Jaderné palivo podle některého z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že obsah oxidu hlinitého ku celkové hmotnosti paliva je v rozsahu 1 až 20 % hmotnostních.
- 6. Jaderné palivo podle některého z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje homogenně rozprostřený vyhořívající absorbátor ve formě Gd2C>3 s hmotnostním obsahem oxidu gadolinitého 1 až 10 %.
- 7. Jaderné palivo podle některého z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje homogenně rozprostřený vyhořívající absorbátor ve formě Er2C>3 s hmotnostním obsahem oxidu erbitého 1 až 10 %.
- 8. Jaderné palivo podle některého z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje homogenně rozprostřené recyklované vyhořelé jaderné palivo ve formě oxidu plutoničitého PuO2 s hmotnostním obsahem PuO2 5 až 30 %.
- 9. Palivová peleta, vyznačující se tím, že obsahuje jaderné palivo podle některého z nároků 1 až 8.
- 10. Palivová tyč, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu palivovou peletu podle nároku 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-37083U CZ33786U1 (cs) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-37083U CZ33786U1 (cs) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33786U1 true CZ33786U1 (cs) | 2020-02-25 |
Family
ID=69637016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-37083U CZ33786U1 (cs) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33786U1 (cs) |
-
2019
- 2019-12-30 CZ CZ2019-37083U patent/CZ33786U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9299464B2 (en) | Fully ceramic nuclear fuel and related methods | |
| US9620248B2 (en) | Dispersion ceramic micro-encapsulated (DCM) nuclear fuel and related methods | |
| KR101733832B1 (ko) | 핵연료, 핵연료 요소, 핵연료 어셈블리 및 핵연료의 제조 방법 | |
| Lee et al. | Nuclear applications for ultra‐high temperature ceramics and MAX phases | |
| JP6961719B2 (ja) | 核燃料ペレット、燃料棒、および燃料アセンブリ | |
| KR20230148265A (ko) | 완전 세라믹 마이크로캡슐화된 핵연료의 제조 방법 | |
| KR20180121787A (ko) | 소결 조제로서 가연성 독물질로 제조된 완전 세라믹 마이크로캡슐화된 연료 | |
| TW201841867A (zh) | 陶瓷核燃料丸、燃料棒及燃料總成 | |
| EP3257050B1 (en) | Nuclear fuel containing a neutron absorber mixture | |
| US20130114781A1 (en) | Fully ceramic microencapsulated replacement fuel assemblies for light water reactors | |
| JP6699882B2 (ja) | 核燃料コンパクト、核燃料コンパクトの製造方法、及び核燃料棒 | |
| CZ33786U1 (cs) | Jaderné palivo se zvýšenou tepelnou vodivostí, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu | |
| JPS58135989A (ja) | 沸騰水型原子炉燃料集合体 | |
| Venneri et al. | Fully ceramic nuclear fuel and related methods | |
| Alberghi | Nuclear fuels based on uranium oxides: an overview | |
| Radford et al. | Fabrication development and application of an annular Al2O3-B4C burnable absorber | |
| CZ33930U1 (cs) | Jaderné palivo, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující tyto pelety | |
| de Faria et al. | PWR fuel element neutronic analysis with burnable poison rods using Zircaloy and Hi-Nicalon type S claddings | |
| JPH1194972A (ja) | 沸騰水型原子炉 | |
| US3240679A (en) | Fuel elements for nuclear reactors | |
| CZ32802U1 (cs) | Jaderné palivo, palivová peleta toto jaderné palivo obsahující a palivová tyč obsahující alespoň jednu tuto peletu | |
| CZ2019800A3 (cs) | Jaderné palivo, palivová peleta obsahující toto jaderné palivo a palivová tyč obsahující tyto palivové pelety | |
| CZ36752U1 (cs) | Jaderné palivo | |
| JP2022181930A (ja) | 軽水炉用燃料集合体および軽水炉炉心 | |
| JP2021196287A (ja) | 軽水炉用燃料集合体、軽水炉炉心、および軽水炉燃料の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20200225 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20231114 |