CZ34636U1 - Neutronový absorbátor - Google Patents

Description

Neutronový absorbátor

Oblast techniky

Technické řešení se týká neutronového absorbátoru, vloženého do použitého jaderného paliva.

Dosavadní stav techniky

Snížení reaktivity, respektive zvýšení podkritičnosti, ve skladovacích a ukládacích zařízeních, mezi které lze řadit bazény, koše skladovacích a ukládacích obalových souborů, pod legislativní limit bylo v minulosti prováděno vložením absorpčních plechů, které jsou rovněž zpravidla tvořeny z oceli s vyšším obsahem boru, mezi palivové soubory. Technicky lze podkritičnost regulovat rovněž snížením obohacení nebo snížením počtu skladovaných a ukládaných palivových souborů.

Modernější konstrukce jsou tvořeny absorpčními trubkami, které jsou rovněž zpravidla tvořeny z oceli s vyšším obsahem boru, pro každou pozici palivového souboru. Mezi dvěma palivovými soubory jsou dva absorpční plechy a prostor mezi nimi vyplňuje neutronová past.

Užívaná stávající řešení mají několik nevýhod. Rozteč mezi palivovými soubory není optimalizována na kapacitu, ale na vytvoření neutronové pasti. Další nevýhodou je obsah absorpčního prvku v absorpčních trubkách. V současnosti se využívá pouze bór, který je technologicky kompatibilní s ocelí i hliníkovými slitinami. V rámci průběžné modernizace jaderných elektráren se využívá palivo se stále vyšším obohacením a požadovaný obsah bóru v absorpčních trubkách se zvyšuje až na hranice technologických možností. S tím jsou mimo jiné spojeny problémy s válcováním plechů, vytlačováním profilů a svařováním plechů s vysokým obsahem bóru.

Podstata technického řešení

Toto technické řešení reaguje na stále se zvyšující požadavky na využití jaderného paliva, spočívající zejména s vyšším obohacením paliva, vyšším vyhořením, účinněji vyhořívajíčími absorbátory a zejména zvyšující se reaktivitou paliva. V důsledku tohoto však může docházet k výraznému snižování legislativních a bezpečnostních rezerv.

Podstatou tohoto technického řešení je neutronový absorbátor vložený do použitého jaderného paliva. Neutronový absorbátor je tvořen prvky nebo kombinací prvků Erbium (Er), Cadmium (Cd), Gadolinium (Gd), Hafnium (Hf) ve formě kovu nebo ve formě sloučeniny s kyslíkem. Neutronový absorbátor je tvořen těmito prvky, jelikož mají výhodné neutronické vlastnosti, tj. vysoký absorpční průřez pro neutrony.

Neutronový absorbátor spočívá ve snížení reaktivity systému skladovaného a ukládaného paliva a může být umístěn v použitém jaderném palivu ve formě tyče, trubky či drátku. Připevněn může být jednak mechanicky nebo chemicky, a to kupříkladu k hlavici palivového souboru či k vodícím trubkám jaderného paliva. Neutronový absorbátor je umístěn v palivu ve volných pozicích pro regulační orgány, přičemž v těchto pozicích je efektivita neutronového absorbátoru nejvyšší. Navržené řešení umožňuje snížení nákladů na skladovací a ukládací zařízení, kupříkladu zmenšením rozteče mezi palivovými soubory. Tudíž je možné zmenšit celé skladovací zařízení.

S ohledem na hmotnost použitého jaderného paliva je minimální hmotnost absorbátoru tvořeného prvkem či kombinací prvků s absorpčními vlastnostmi na 1 tunu paliva ve formě těžkého kovu následovná. Tedy:

-1 CZ 34636 UI

Gadolinium (Gd): 4 kg

Erbium (Er): 6 kg

Cadmium (Cd): 6 kg

Hafnium (Hf): 8 kg.

Výhodné je, pokud je neutronový absorbátor uložen v pouzdře z kovu, který je dostatečně mechanicky odolný, tj. s vhodnými tepelnými vlastnostmi, dále je kupříkladu odolný vůči teplotám nad 300 °C, odolný vůči korozi či s nízkou indukovanou radioaktivitou, tj. ze slitin běžně používaných v jaderném průmyslu. Takové řešení nachází své uplatnění zejména v případech, kdy je neutronový absorbátor v sypkém stavu, resp. v práškové podobě.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Absorbátor je v podobě tyče zhotovené z Hafinia (Hf), která je mechanicky připevněná k hlavici palivového souboru s použitým jaderným palivem o hmotnosti 2 tuny, přičemž hmotnost Hafhia (Hf) obsaženého v absorbátoru je alespoň 16 kg.

Příklad 2

Absorbátor je v podobě drátu zhotoveného z Cadmia (Cd), který je mechanicky připevněn k vodící trubce použitého jaderného paliva o hmotnosti 1 tuny, přičemž hmotnost Cadmia (Cd) obsaženého v absorbátoru je alespoň 6 kg.

Příklad 3

Absorbátor je v sypké podobě ve formě prášku z GdiO,. který je uložen v ocelovém pouzdře připevněném k trubce obsahující použité jaderné palivo o hmotnosti 3 tuny, přičemž hmotnost Gadolinia (Gd) obsaženého v absorbátoru je alespoň 12 kg.

Příklad 4

Absorbátor je v sypké podobě ve formě práškuje tvořen směsí oxidů Gd2C>3 a EnCf, a je uložen v pouzdře z AI připevněném k použitému jaderném palivu o hmotnosti 1 tuny, přičemž hmotnost Gadolinia (Gd) obsaženého v absorbátoru je alespoň 2 kg a hmotnost Erbia (Er) obsaženého v absorbátoru je alespoň 3 kg.

Průmyslová využitelnost

Výše uvedené technické řešení může být využito k optimalizaci skladování a ukládání vyhořelého jaderného paliva. Zejména pak pro palivové soubory lehkovodních reaktorů, např. VVER. Toto řešení přispívá k zajištění podkritičnosti a zvýšení bezpečnosti skladování a ukládání jaderného paliva.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Neutronový absorbátor, vložený do použitého jaderného paliva, vyznačující se tím, že je 5 tvořen prvkem nebo kombinací prvků Erbium (Er), Cadmium (Cd), Gadolinium (Gd), Hafnium (Hf), ve formě kovu nebo ve formě sloučeniny s kyslíkem.
2. 2. Neutronový absorbátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že je uložen v pouzdře z kovu.