DK169531B1

DK169531B1 - Nuclear reactor

Info

Publication number: DK169531B1
Application number: DK019584A
Authority: DK
Inventors: Jean-Paul Millot; Guy Desfontaines
Original assignee: Framatome & Cie
Priority date: 1984-01-17
Filing date: 1984-01-17
Publication date: 1994-11-21
Also published as: DK19584A; DK19584D0

Description

i DK 169531 B1in DK 169531 B1

Opfindelsen angår en kernereaktor, der har forbedret ydelse, og som er i stand til bedre at udnytte brændselsmaterialet i kernens elementer.The invention relates to a nuclear reactor which has improved performance and is able to better utilize the fuel material in the core elements.

De kernereaktorer, der køles og modereres af tryksat let vand, omfatter en tank, som indeholder reaktorkernen, der er nedsænket i tryksat 5 vand, som fylder tanken. Reaktorkernen omfatter elementer, der har stor højde i forhold til deres tværsnit og som er anbragt lodret og ved siden af hinanden. Elementerne selv er dannet af knipper af fissile brændselsstave, der med deres udvendige overflade er i kontakt med reaktorens kølevand.The nuclear reactors cooled and moderated by pressurized light water comprise a tank containing the reactor core immersed in pressurized water which fills the tank. The reactor core comprises elements which have a high height relative to their cross-section and are arranged vertically and side by side. The elements themselves are formed by bundles of fissile fuel rods which, with their outer surface, are in contact with the cooling water of the reactor.

10 Til styringen af reaktoren anvendes et sæt af kontrol stænger, der er knyttet til visse elementer i kernen. Disse kontrol stænger er dannet af små parallelle stænger, der er af kraftigt neutron-absorberende materiale og som kan forskydes lodret inden i lederør, idet de indtræder i stedet for visse brændselsstave i de elementer, der udgør kernen.10 For the control of the reactor, a set of control rods attached to certain elements of the core are used. These control rods are formed by small parallel rods, which are of strong neutron-absorbing material and which can be displaced vertically within conductor pipes, replacing some fuel rods in the elements that make up the core.

15 Et af de vigtige problemer, der er forbundet med driften af kerne reaktorer, er tilvejebringelsen af en forøget ydelse hvad angår udnyttelsen af elementernes atombrændsel. Dette brændsel udgøres sædvanligvis af uran i form af uranoxid, der i overvejende grad indeholder fertilt u-ran 238 og fissilt uran 235 i en mængde, der er variabel afhængig af be-20 rigel sen af brændslet.15 One of the important problems associated with the operation of nuclear reactors is the provision of increased performance in terms of the utilization of the nuclear fuel of the elements. This fuel is usually constituted by uranium in the form of uranium oxide which contains predominantly fertile uranium 238 and fissile uranium 235 in an amount which is variable depending on the enrichment of the fuel.

Under driften af reaktoren forbruges det fissile brændsel i den grad, at det er nødvendigt at erstatte i det mindste en del af reaktorens kerneelementer efter en vis driftstid.During operation of the reactor, the fissile fuel is consumed to the extent that it is necessary to replace at least a portion of the core elements of the reactor after a certain operating time.

Operationsomkostningerne ved berigelsen, omladningen, udskiftningen 25 af det brugte brændsel og dettes afsondring er meget høje, således at det er ønskeligt at udnytte det brændsel, der er indført i reaktorens kerne, bedst muligt for at forbedre de økonomiske vilkår for reaktordriften.The operating costs of enrichment, transhipment, replacement of spent fuel and its secretion are very high, so that it is desirable to utilize the fuel introduced into the core of the reactor as best as possible to improve the economic conditions of the reactor operation.

Man søger specielt at opnå en forbrænding, der er så fuldstændig 30 som mulig af det uran, som er indeholdt i elementernes materiale. Ved at forbedre forbrændingen af uranet kan man enten forøge kernens levetid ved en bestemt begyndelsesladning af fissilt uran eller formindske kernens begyndelsesladning af fissilt uran for en givet levetid. I det første tilfælde formindskes udgifterne til kernereaktorens drift ved at 35 genopladningerne gøres mindre hyppige. I det andet tilfælde vil man fx. kunne enten formindske rumfanget og den samlede masse af kernens brændsel sstave eller også anvende et brændsel med en lavere grad af berigelse. Man vil således formindske udgiften til brændselsladningen.In particular, it is sought to obtain a combustion which is as complete as possible of the uranium contained in the material of the elements. By improving the combustion of the uranium, one can either increase the lifetime of the core by a certain initial charge of fissile uranium or decrease the initial charge of the fissile uranium for a given lifetime. In the first case, the cost of running the nuclear reactor is reduced by making the recharges less frequent. In the second case, e.g. could either reduce the volume and the total mass of the nuclear fuel or use a fuel with a lower degree of enrichment. Thus, the cost of the fuel charge will be reduced.

2 DK 169531 B12 DK 169531 B1

Til styringen af reaktoren, dvs. til reguleringen af kernens reaktivitet, anvendes materialer, der absorberer neutronerne, enten i form af kontrol stænger, som indføres i reaktorkernen, eller i form af elementer, der er opløst i reaktorens køle- og moderatorvand. Efter opladnin-5 gen af kernen forøges dennes reaktivitet i den grad, at det er nødvendigt at anvende absorberende materialer i voksende mængder til styring af reaktoren. Man indfører fx. knipper af stave, der indeslutter forbrugelige gifte, i lederørene i visse elementer i kernen eller også tilfører man kølevandet gifte, som absorberer neutroner i betydelig mængde.For the control of the reactor, ie. for the regulation of the reactivity of the nucleus, materials which absorb the neutrons are used, either in the form of control rods introduced into the reactor core, or in the form of elements dissolved in the cooling and moderator water of the reactor. After charging the core, its reactivity is increased to the extent that it is necessary to use absorbent materials in increasing amounts to control the reactor. One introduces e.g. bundles of sticks that contain consumable toxins in the conductor tubes of certain elements of the core or also add cooling water toxins which absorb neutrons in a significant amount.

10 Når reaktivitetsoverskuddet aftager som følge af brændselsslid, formindsker man sideløbende koncentrationen af neutron-absorberende gifte, som er opløst. Disse neutron-absorberende gifte, der er nødvendige til styringen af reaktoren i dennes starttilstand, er bekostelige i sig selv og formindsker virkningsgraden af det fissile brændstof, der er in-15 deholdt i kernen.10 When the excess reactivity decreases as a result of fuel wear, the concentration of neutron-absorbing toxins that are dissolved decreases in parallel. These neutron-absorbing poisons needed to control the reactor in its initial state are costly in themselves and decrease the efficiency of the fissile fuel contained in the core.

Det er foreslået at anvende kernens overskudsreaktivitet i dennes starttilstand til at fremstille et fissilt brændsel (plutonium 239) ud fra det uran 238, der er indeholdt i elementernes brændsel. Med henblik på dette forskydes neutronernes energispekter i kernen mod de høje ener-20 gier, idet forholdet mellem moderatorrumfanget og rumfanget af brændsel i kernen formindskes under den første del af brændslets periode. Når brændslets overskudsreaktivitet bliver praktisk talt nul, bringes forholdet moderatorrumfang divideret med brændselsrumfang tilbage til en værdi, som tillader, at neutronernes spekter føres tilbage i dets sæd-25 vanlige zone for kernereaktorerne med tryksat vand. Neutronerne kaldes så "termiske" eller "langsomme". Dette har den virkning at frembringe en ny overskudsreaktivitet, som gør det muligt at forlænge tidsrummet for udnyttelse af brændslet.It is proposed to use the excess reactivity of the nucleus in its initial state to produce a fissile fuel (plutonium 239) from the uranium 238 contained in the fuel of the elements. To this end, the energy spectrum of the neutrons in the nucleus is shifted toward the high energies, as the ratio of the moderator volume to the volume of fuel in the nucleus decreases during the first part of the fuel period. When the excess reactivity of the fuel becomes practically zero, the ratio of the moderator volume divided by the fuel volume is returned to a value which allows the spectrum of neutrons to be returned to its usual zone for the pressurized water nuclear reactors. The neutrons are then called "thermal" or "slow". This has the effect of generating a new surplus reactivity which allows to extend the fuel utilization period.

EP-A-0 054 787 beskriver en reaktor af en type med "energispekter-30 variation", i hvilken reaktor man indvirker på forholdet moderatorrumfang divideret med brændselsrumfang ved i den første del af brændslets periode at indføre tynde stænger af et materiale, der er transparent for neutronerne, i det indre af visse lederør i kernens elementer. Det vand, der indeholdes af disse lederør, fortrænges således, og moderatorrumfan-35 get i kernen formindskes i samme forhold.EP-A-0 054 787 discloses a reactor of a "energy spectrum variation" type in which reactor affects the ratio of moderator volume divided by fuel volume by introducing thin rods of a material that is in the first part of the fuel period transparent to the neutrons, in the interior of certain conductor tubes in the core elements. Thus, the water contained by these guide tubes is displaced and the moderator compartment in the core is reduced in the same ratio.

For at opnå en mærkbar virkning er det nødvendigt at forskyde omkring 20% af kølevandet i næsten 60% af kernens levetid. Af den grund må der anvendes et meget stort antal stave, der er transparente for neutro- 3 DK 169531 B1 nerne, og som indføres i alle lederørene i kernens elementer med undtagelse af dem, som bruges til styringen af reaktorens absorberende kontrolstænger.To achieve a noticeable effect, it is necessary to displace about 20% of the cooling water for almost 60% of the core life. For this reason, a very large number of rods which are transparent to the neutrons must be used and which are inserted into all the conductor tubes of the core elements except those used for the control of the reactor absorbing control rods.

Dette komplicerer planlægningen og konstruktionen af reaktoren be-5 tydeligt.This clearly complicates the planning and construction of the reactor.

Hele udstyret, der indeholder reaktorens kerne, skal da også være dimensioneret således, at man kan foretage styringen oven over kernen og kontrollen under translationen af spekterændringsstængerne. Denne planlægning kræver da også afsætning af et betydeligt antal lederør i den 10 del af det indvendige udstyr, gennem hvilken vand ladet med kalorier normalt strømmer ud til skade for reaktorens vandbalance. Man må så ty til en ny planlægning af kølemidlets cirkulation i reaktorens tank. Kontrollen under translation af disse knipper påtvinger på den anden side, at der på tankens låg indrettes et meget betydeligt antal kontrolmeka-15 nismer, som skal gå i indgreb med kontrol knippernes eksisterende mekanismer for at tillade styringen af reaktoren. Alle disse forpligtelser fører ved samme effekt specielt til en forøgelse af størrelsen af reaktorens tank sammenlignet med en klassisk reaktor.The entire equipment containing the core of the reactor must then also be dimensioned so that control over the core and control during translation of the spectrum change bars can be performed. This planning then also requires the disposal of a significant number of conductor pipes in the 10 part of the internal equipment through which water loaded with calories normally flows out to the detriment of the water balance of the reactor. One must then resort to a new planning of refrigerant circulation in the reactor tank. On the other hand, the control during translation of these flickers forces that a very significant number of control mechanisms be arranged on the tank lid, which must engage with the control flick's existing mechanisms to allow the control of the reactor. All these commitments, at the same effect, especially lead to an increase in the size of the reactor tank compared to a classic reactor.

Desuden medfører en forskydning af neutronernes spekter mod de høje 20 energier et forøget neutrontab uden for reaktoren og en mere væsentlig "skrøbeliggørelse" af stål i reaktorens tank.In addition, a shift of the neutrons spectrum towards the high energies results in increased neutron loss outside the reactor and a more substantial "scavenging" of steel in the reactor tank.

DE-A-2 007 564 beskriver en reaktor, hvor kontrol stængerne omfatter to grupper. Den ene af de to grupper er beregnet til at regulere reaktorens effekt. Den anden gruppe er beregnet til at kompensere for Doppler-25 effekten. Kompenseringen af Dopplereffekten realiseres ved hjælp af Doppler- kontrol stænger, idet gruppen af effektregulerende stænge er beliggende i en konstant dybde. Reaktoren omfatter ikke stænger, der tillader ændring af neutronernes energispekter.DE-A-2 007 564 discloses a reactor wherein the control rods comprise two groups. One of the two groups is intended to control the reactor power. The second group is intended to compensate for the Doppler-25 effect. The compensation of the Doppler effect is realized by means of Doppler control rods, the group of power regulating rods being located at a constant depth. The reactor does not include rods that allow changing the neutron energy spectrum.

Endelig kendes fra US-A-3 998 962 en reaktor af en type, der har en 30 kerne, der indeholder frø og kapsel (seed and blanket), som udgøres af ved siden af hinanden anbragte brændselselementer, som hver især omfatter et centralt frø, der kan forskydes i vertikal retning, og som er dannet af knipper af brændselsstave og en fast kapsel, der indeholder det fertile materiale. Omkring kernen er der ved siden af hinanden an-35 bragte massive elementer, der tilsammen danner reflektoren. Der påtænkes ikke nogen ændring i neutronernes energispekter under forløbet af en driftscyklus.Finally, from US-A-3 998 962 a reactor of a type having a seed containing seed and blanket (seed and blanket) is made up of adjacent fuel elements, each comprising a central seed. which can be displaced in the vertical direction, which is formed by bundles of fuel rods and a fixed capsule containing the fertile material. Surrounding the core are solid elements adjacent to each other forming the reflector. No change in the neutron energy spectrum is envisaged during the course of an operating cycle.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at tilvejebringe en 4 DK 169531 B1 kernereaktor med forbedret ydelse omfattende en tank, som indeholder en kerne, der udgøres af ved siden af hinanden og lodret anbragte fissile brændselselementer og som stikker ned i tryksat let vand, der udgør reaktorens moderator- og kølefluidum, 5 kontrol stænger af materiale, der absorberer neutronerne, hvilke kontrol stænger er lodret forskydelige i kernen med henblik på regulering af reaktorens effekt, og stænger til ændring af neutronernes energi spektrum forbundet med indretninger til lodret forskydning, hvilket tillader, at de indføres 10 fuldstændigt i det mindste i en del af kernens elementer eller udtrækkes fuldstændigt for at forårsage en ændring af forholdet mellem moderator-rumfanget og rumfanget af fissilt materiale i kernen og en forskydning af neutronernes energispekter, hvor disse stænger er fordelt over hele kernens tværsnit, 15 hvor denne kernereaktor muliggør en bedre udnyttelse af elementer nes brændsel og en reduktion af neutronstrømmen, altså af skrøbeliggø-relsespåvirkningen af stålet i reaktorens tank, samtidig med bibeholdelse af en enkel struktur og en enkel plan.The object of the present invention is to provide an improved performance nuclear reactor comprising a tank containing a core consisting of side-by-side and vertically disposed fissile fuel elements which protrudes into pressurized light water forming the reactor's moderator and cooling fluid, 5 control rods of material absorbing the neutrons, which control rods are vertically displaceable in the nucleus for control of the reactor power, and rods for changing the energy spectrum of the neutrons associated with vertical displacement devices, allowing they are introduced completely at least in some of the elements of the nucleus or completely extracted to cause a change in the ratio of the moderator volume to the volume of fissile material in the nucleus and a displacement of the energy spectrum of the neutrons where these bars are distributed over the entire cross section of the nucleus , 15 where this nuclear reactor enables a better utilization of the fuel of elements and a reduction of the neutron flow, that is, the degradation effect of the steel in the reactor tank, while maintaining a simple structure and a simple plan.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved at indrette denne kernereaktor 20 således, at den er ejendommelig ved, at den omfatter: en massiv metal skillevæg af et materiale, der reflekterer højenergineutronerne, anbragt ved periferien af kernen og over hele dennes højde, og to materialelag, der absorberer lavenergineutronerne og indeslutter 25 fertilt materiale og hvoraf det ene er anbragt ved den nederste del af kernen og det andet ved dennes øverste del og begge over hele kernens tværsnit, og ved, at stængerne til ændring af neutronernes energispekter er af et materiale, der absorberer lavenergineutroner.This is achieved by the invention by arranging this nuclear reactor 20 to be characterized in that it comprises: a solid metal partition of a material reflecting the high energy neutrons disposed at the periphery of the core and over its entire height, and two layers of material which absorbs the low energy neutrons and encloses 25 fertile material, one of which is disposed at the lower portion of the nucleus and the other at its upper portion and both over the entire cross-section of the nucleus, and by the fact that the bars for changing the energy spectrum of the neutrons are of a material which absorbs lavenergineutroner.

Ifølge en foretrukket udførelsesform er spekterændringss tængerne 30 knyttet til hvert andet brændselselement i kernen efter en ternfordeling.According to a preferred embodiment, the spectacle change pliers 30 are attached to each other fuel element in the core after a tern distribution.

For at opfindelsen skal forstås bedre, vil der nu blive beskrevet en kernereaktor med stor effekt ifølge opfindelsen.For a better understanding of the invention, a high power nuclear reactor according to the invention will now be described.

Figur 1 er et snitbillede, i et lodret symmetripi an, af kernereak-35 torens tank.Figure 1 is a sectional view, in a vertical symmetry, of the nuclear reactor tank.

Figur 2 er et snitbillede ifølge linien A-A i figur 1.Figure 2 is a sectional view along line A-A of Figure 1.

Figur 3 er et snitbillede ifølge linien B-B i figur 1.Figure 3 is a sectional view along line B-B of Figure 1.

Figur 4 er et billede i større målestok af en del af den i figur 3 5 DK 169531 B1 viste kernesektion og viser fordelingen af kontrol stænger og spekterændringsstænger i elementerne i reaktorens kerne.Figure 4 is a larger scale view of a portion of the core section shown in Figure 3 5 and shows the distribution of control bars and spectrum change bars in the elements of the reactor core.

På figur 1 ses reaktorens tank 1, der er lukket ved hjælp af et hvælvet låg 2.Figure 1 shows the tank 1 of the reactor, which is closed by a vaulted lid 2.

5 Som det kan ses på figurerne 1 og 2 omfatter tanken fire indløbs- rørstudser 4 for tryksat vand og fire udløbsrørstudser 5 for vand. Rørstudserne 4 er forbundet med de kolde ender af reaktorens primære kreds og rørstudserne 5 med de varme ender, der fører det tryksatte vand, som er opvarmet ved kontakten med elementerne 6 i reaktorens kerne 10 7, mod ikke viste dampgeneratorer.As can be seen in Figures 1 and 2, the tank comprises four inlet pipe nozzles 4 for pressurized water and four outlet pipe nozzles 5 for water. The pipe nozzles 4 are connected to the cold ends of the primary circuit of the reactor and the pipe nozzles 5 to the hot ends which conduct the pressurized water heated at the contact with the elements 6 of the core 10 7 of the reactor against steam generators not shown.

Inden i tanken 1 er det indre udstyr ophængt. Dette omfatter specielt en bøsning 8, der udgør det omgivende lag for kernen 7 og som ved sin nederste del bærer kernens støtteplade 9. Pladen 9 er gennemhullet af åbninger i forbindelse med kernens elementer. Som det kan ses på fi-15 gur 3 omfatter kernen 183 elementer, som har kvadratisk tværsnit og hviler på pladen 9.Inside the tank 1, the internal equipment is suspended. This particularly includes a sleeve 8 which forms the surrounding layer of the core 7 and which at its lower part carries the core support plate 9. The plate 9 is pierced by openings in connection with the elements of the core. As can be seen in Fig. 3, the core 183 comprises elements having a square cross-section and resting on the plate 9.

Oven over kernen 7 er reaktorens indre øverste udstyr 11 anbragt.Above the core 7, the inner upper equipment 11 of the reactor is arranged.

Dette indre øverste udstyr 11 omfatter stængernes lederør 12, der tjener som mellemstykker og sikrer forbindelsen mellem en mellemliggende plade 20 13 og en kerneplade 10, med hvilke de er forbundet. Det indre udstyr omfatter ligeledes en øverste plade 14, til hvilken de øverste dele af rørene 12 er fastgjort. Pladerne 13 og 14 er fastgjort på ringe, der er koaksi ale med bøsningen 8 og som lige som bøsningen 8 fastholdes mellem låget 2 og tanken 1. Rørene 12 indeholder styringsriste 15 og kontinuer-25 lige styringsindretninger, som gør det muligt at holde og styre stængerne under deres lodrette bevægelse i kernen. Ved deres nederste del er rørene 12 gennemhullet af åbninger 16 for at tillade, at vandet, der gennemløber de med knipper forsynede elementer, løber ud mod tankens udløbsrørstudser. Disse rør 12 er udført i to dele, hvor den øverste del 30 af rørene er ophængt i den øverste plade 14 og den nederste del virker som mellemstykke mellem pladerne 10 og 13.This inner top equipment 11 comprises the guide tubes 12 of the rods which act as intermediates and ensure the connection between an intermediate plate 20 13 and a core plate 10 with which they are connected. The inner equipment also comprises an upper plate 14 to which the upper portions of the tubes 12 are attached. The plates 13 and 14 are attached to rings coaxial with the sleeve 8 and which, just like the sleeve 8, are retained between the lid 2 and the tank 1. The tubes 12 contain guiding bars 15 and continuous guiding devices for holding and directing. the rods during their vertical movement in the core. At their lower part, the pipes 12 are pierced by apertures 16 to allow the water flowing through the pinched elements to flow out toward the outlet pipe of the tank. These pipes 12 are made in two parts, the upper part 30 of the pipes being suspended in the upper plate 14 and the lower part acting as a spacer between the plates 10 and 13.

Det ringformede rum mellem kernen 7, hvis tværsnit ses på figur 3, og kernens omgivende lag 8 er opfyldt af en massiv skillevæg 18 af rustfrit stål, der tjener som reflektor, specielt for højenergineutronerne, 35 som produceres i kernen. Den massive skillevæg 18 optager praktisk talt hele rumfanget mellem kernen og kernens omgivende lag.The annular space between the core 7, the cross section of which is seen in Figure 3, and the surrounding layer 8 of the core are filled by a solid stainless steel partition 18 serving as a reflector, especially for the high energy neutrons 35 produced in the core. The massive partition 18 takes up virtually all of the space between the core and the surrounding layers of the core.

Elementernes brændselsstave er dannet af lange zirkoniumrør, der indeholder piller af uranoxid, der er rigt på uran 235. Ved hver af de- 6 DK 169531 B1 res ender og over en længde på omkring 10 cm er zirkoniumrørene opfyldt af piller af uranoxid (UOg), der er fattigt på uran 235, og som erstatter pillerne af beriget uranoxid. Der tilvejebringes således to praktisk talt kontinuerlige lag 19 og 20 af svækket uran ved hhv. den øverste og 5 den nederste ende af kernen.The fuel rods of the elements are formed of long zirconium tubes containing uranium oxide pellets rich in uranium 235. At each of its ends and over a length of about 10 cm, the zirconium tubes are filled with uranium oxide pellets (UOg). , which is poor in uranium 235 and replaces the pills of enriched uranium oxide. Thus, two substantially continuous layers of attenuated uranium are provided at 19 and 20, respectively. the upper and 5 the lower end of the core.

Disse lag 19 og 20 gør det muligt at absorbere lavenergineutronerne og tilvejebringer uran 238, der kan omdannes til plutonium 239 under påvirkning af bombardement med højenergineutronerne.These layers 19 and 20 make it possible to absorb the low energy neutrons and provide uranium 238 which can be converted to plutonium 239 under the influence of bombardment with the high energy neutrons.

Skillevæggen 18 af rustfrit stål og lagene 19 og 20 af svækket uran 10 gør det således muligt at begrænse udslippet af neutronerne uden for kernen til et minimum, hvilket forbedrer reaktorens ydelse.Thus, the stainless steel partition wall 18 and the weakened uranium 10 layers 19 and 20 make it possible to minimize the emission of the neutrons outside the core, which improves the reactor performance.

Desuden formindsker man således strømmen i nærheden af tanken.Furthermore, the flow in the vicinity of the tank is thus reduced.

På figur 2 ses alle lederørene 12, der gør det muligt at styre stængerne i reaktorens kerne. Til hele kernen anvendes 96 knipper af ab-15 sorberende stave, hvor hver af disse knipper kan være ført ind i et ele-mentlederør.Figure 2 shows all the conductor pipes 12, which allow the rods in the reactor core to be controlled. For the entire core, 96 bundles of absorbent rods are used, each of which bundles may be inserted into an element conductor tube.

På figur 1 ses et sådant knippe af absorberende stave eller kontrolstang 24 i hævet position. Denne er fastgjort til et kontrol skaft 25, der selv er bevægeligt i et rørformet kammer 26 i forbindelse med 20 tankens indre. Øverst oppe på kammeret 26 er anbragt en ikke vist mekanisme til forskydning af skaftet 25. En sådan mekanisme af den sædvanlige pal type gør det muligt at forskyde kontrolstang 24 i lodret retning og meget præcist inden i lederørene i elementet 6a, der er anbragt på vertikalen for røret 12a.In Figure 1, such a bundle of absorbent rod or control rod 24 is seen in the raised position. This is attached to a control shaft 25 which is itself movable in a tubular chamber 26 in connection with the interior of the tank. At the top of the chamber 26 is a mechanism not shown for displacing the shaft 25. Such a mechanism of the usual pile type allows the control rod 24 to be moved vertically and very precisely within the guide tubes of the element 6a arranged on the vertical. for the tube 12a.

25 På figur 1 ses ligeledes et sæt af stænger 27 til ændring af neutronernes energispekter og fuldstændigt indført i elementets 6a lederør. Disse stænger til ændring af neutronernes energispekter er dannet af det knippe af zirkoniumlegeringsrør, som i hele deres længde er opfyldt af piller af svækket uran.Figure 1 also shows a set of rods 27 for changing the energy spectrum of the neutrons and completely inserted into the conductor tube of the element 6a. These rods for changing the energy spectrum of the neutrons are formed by the bundle of zirconium alloy tubes, which are filled throughout their length by pellets of attenuated uranium.

30 Kontrol knipperne såvel som knipperne til ændring af neutronernes energispekter har den samme længde som elementerne.30 The control flickers as well as the blips for changing the neutron energy spectrum have the same length as the elements.

Stængerne 27 til ændring af neutronspektret kan befinde sig i den ene eller den anden af to positioner, hvor den ene af disse positioner er den i figur 1 viste fuldstændigt indførte position og den anden posi-35 tion er den fuldstændigt udtrukkede position, der svarer til den i figur 1 viste position af kontrol knippet 24. En forskydningsindretning, der er knyttet til spekterændringsstangen 27, gør det muligt at forskyde denne fra den ene til den anden af disse to positioner. I deres fuldstændigt 7 DK 169531 B1 indskudte position er de absorberende stave, der udgør spekterændringsstangen, ført ind i elementet 6 i hele deres længde.The neutron spectrum bars 27 may be in one or the other of two positions, one of these positions being the fully inserted position shown in Figure 1 and the other position being the fully extended position corresponding to the position of the control shown in Fig. 1 is clipped 24. A displacement device attached to the spectrum change bar 27 allows it to be displaced from one to the other of these two positions. In their fully inserted position, the absorbent rods constituting the spectral change rod are inserted into the element 6 throughout their length.

Under henvisning til figurerne 2 og 3 ses det, at der til en kerne med 193 elementer anvendes 96 lederør 12, der hver tillader styring af 5 både en kontrolstang 24 og en spekterændringsstang 27. Det ses ligeledes, at disse lederør 12 er anbragt på vertikalen for brændselselementerne 30, som er anbragt i tern over kernens tværsnit. Hvert andet element er altså udstyret med både en kontrolstang og en spekterændringsstang af svækket uran.Referring to Figures 2 and 3, it is seen that to a core of 193 elements, 96 guide tubes 12 are used, each allowing control of 5 both a control rod 24 and a spectrum change rod 27. It is also seen that these guide tubes 12 are arranged on the vertical for the fuel elements 30 which are spaced apart over the core cross-section. Thus, every other element is equipped with both a control rod and a spectrum change rod of weakened uranium.

10 Elementerne 31, der støder op til de elementer 30, som er udstyret med kontrol stænger og spekterændringsstænger, modtager ingen af disse to typer absorberende stænger.The elements 31, adjacent to the elements 30, which are equipped with control bars and spectrum change bars, receive neither of these two types of absorbent bars.

Under henvisning til figur 4, se den indbyrdes beliggenhed af lederørene 32, der er bestemt til at optage kontrol stænger, og lederørene 15 33, som er bestemt til at optage spekterændringsstænger. Hvert element indeholder 56 lederør, hvoraf 16 rør er bestemt til at optage kontrolstænger og 40 rør er bestemt til at optage spekterændringsstænger.Referring to Fig. 4, see the mutual location of the conductor tubes 32 intended to receive control rods and the conductor tubes 15 33 intended to receive spectral change bars. Each element contains 56 guide tubes, of which 16 tubes are intended to receive control rods and 40 tubes are intended to accommodate spectrum change bars.

Lederørene i elementerne 30 optager faktisk disse stænger under driften af reaktoren, mens de tilsvarende lederør i elementerne 31 mod-20 tager et knippe af propper, der gør det muligt at skabe et ladningstab svarende til det, der skyldes de stænger, der er indført i rørene 32 og 33 i elementerne 30.The conductor pipes in the elements 30 actually receive these rods during the operation of the reactor, while the corresponding conductor pipes in the elements 31 receive a bundle of plugs which allow a charge loss similar to that caused by the rods introduced in the the tubes 32 and 33 of the elements 30.

Knippesættet 24, der udgør kontrol stangen, afbilder den i figur 1 viste transversale fordeling af lederørene 32, mens knippesættet 27 af-25 bilder den ligeledes i figur 4 viste fordeling af lederørene 33.The bundle set 24 constituting the control rod depicts the transverse distribution of the conductor tubes 32 shown in Figure 1, while the bundle set 27 depicts the distribution of the conductor tubes 33 also shown in Figure 4.

Ved brændslets periodebegyndelse, dvs. en opladning, anvendes mekanismerne til forskydning af spekterændringsstængerne til at bringe alle stængerne af svækket uran i maksimal indføringsposition i elementerne 30, således at moderatorrumfanget i forhold til rumfanget i brændsel i 30 reaktorens kerne er reduceret betydeligt. Hver af stavene af svækket u-ran i spekterændringsstængerne absorberer desuden lavenergineutronerne lokalt, hvilket bevirker en øget forskydning af neutronernes spekter mod de høje energier.At the start of the fuel period, ie. a charge, the mechanisms for displacing the spectrum change bars are used to bring all the bars of attenuated uranium into maximum insertion position in the elements 30 so that the moderator volume relative to the volume of fuel in the reactor core is significantly reduced. In addition, each of the bars of attenuated uranium in the spectrum change bars absorbs the low-energy neutrons locally, causing an increased displacement of the neutrons' spectrum towards the high energies.

Denne lokale virkning, der gentages i hele kernen af spekteræn-35 dringsstængerne, der er fordelt regelmæssigt i hvert andet element, frembringer en global hærdningsvirkning på spektret inden i reaktorens kerne.This local effect, which is repeated throughout the core of the spectrum change bars distributed regularly in each other element, produces a global hardening effect on the spectrum within the reactor core.

Ved både at formindske moderatorrumfanget og absorbere lavenergi- 8 DK 169531 B1 neutronerne, opnås således en forskydning af spekter, der er tilstrækkelig til at frembringe en mærkbar konvertering af brændslets uran 238 til plutonium 239.Thus, by both reducing the moderator volume and absorbing the low-energy neutrons, a shift of spectra sufficient to produce a noticeable conversion of the uranium 238 to plutonium 239 is obtained.

Stængerne af svækket uran absorberer de langsomme neutroner, der er 5 tilovers efter dem, som er nødvendige for vedligeholdelsen af kædereaktionen i kernen, og forårsager dannelse af plutonium 239 under påvirkning af bombardement med neutronerne med højere energi.The attenuated uranium bars absorb the slow neutrons remaining after those required for maintenance of the chain reaction in the nucleus, causing plutonium 239 formation under the influence of higher energy neutron bombardment.

Efter drift med spekterændringsstængerne indført i en betydelig del af reaktorens periode udtrækkes disse stænger. Efter udtrækningen af 10 spekterændringsstængerne forbruges det fissile materiale, der er dannet ved højenergineutronbombardementet under den første fase, i reaktorkernens indre.After operation with the spectrum change bars introduced for a significant portion of the reactor period, these bars are extracted. Following the extraction of the 10 spectral change bars, the fissile material formed by the high-energy neutron bombardment during the first phase is consumed in the interior of the reactor core.

Ved den øgede virkning af forskydningen af spektret forårsaget af de absorberende stænger af svækket uran og ved anvendelse af en perife-15 risk reflektor af rustfrit stål og absorberende lag af svækket uran på begge sider af kernen, ved dens nederste del og ved dens øverste del, er det muligt kun at udstyre hvert andet brændselselement i kernen med et sæt, der både omfatter en kontrolstang og en spekterændringsstang.By the increased effect of the displacement of the spectrum caused by the absorbed bars of weakened uranium and by the use of a stainless steel peripheral reflector and absorbent layers of weakened uranium on both sides of the core, at its lower part and at its upper part , it is possible to equip only every other fuel element in the core with a set comprising both a control rod and a spectrum change rod.

Det ses i figur 3, at der blandt de 193 brændselselementer, som ud-20 gør kernen, er 96 elementer 30, der optager en kontrolstang og en spekterændringsstang og 97 elementer 31, der kun optager et knippe af propper.It can be seen in Figure 3 that among the 193 fuel elements constituting the core, there are 96 elements 30 which take up a control rod and a spectrum change rod and 97 elements 31 which only take up a bundle of plugs.

Det vil altså være muligt at indrette kontrolstangsforskydningsmekanismerne, der omfatter en koaksial mekanisme til indføring og udtræk-25 ning af spekterændringsstængerne oven på tankens 1 låg 2, mens anbringelsen af sådanne mekanismer på hvert elements vertikal ville have været meget vanskelig og sat spørgsmålstegn ved planlægningen af tanken, af dens låg og af det indre udstyr.Thus, it will be possible to provide the control rod displacement mechanisms comprising a coaxial mechanism for insertion and extraction of the spectral change bars on top of the lid 1 of the tank 1, while placing such mechanisms on the vertical of each element would have been very difficult and questioned in the planning of the tank, its lid and its internal equipment.

Indretningen ifølge opfindelsen har følgelig den fordel at gøre det 30 muligt at bringe kontrolstangssættet og spektervariationsstangssættet på plads uden at nødvendiggøre betydelig modificering af tanken for en kernereaktor af typen med tryksat vand. Takket være reflektorvirkningen af kernens periferi skillevæg, absorptionsvirkningen af kernens øverste og nederste lag af svækket uran og den øgede spekterforskydningsvirkning af 35 neutronspekterændringsstængerne kan vilkårene for udnyttelse af brændslet i reaktorens kerne på den anden side forbedres betydeligt.Accordingly, the device according to the invention has the advantage of enabling the control rod set and the spectrum variation rod set to be put in place without necessitating significant modification of the tank for a pressurized water type reactor. Thanks to the reflector effect of the core peripheral partition, the absorption effect of the top and bottom layers of attenuated uranium and the increased spectral displacement effect of the 35 neutron spectrum change bars, the conditions for utilizing the fuel in the core of the reactor, on the other hand, can be greatly improved.

Disse mærkbare forbedringer, der giver betydelige besparelser i brændselsomkostningerne, er opnået ved hjælp af en relativt uvæsentlig DK 169531 B1 9 modifikation af reaktorens struktur.These noticeable improvements, which provide significant savings in fuel costs, have been achieved by a relatively insignificant modification of the structure of the reactor.

Opfindelsen er ikke begrænset til den udførelsesform, der er beskrevet ovenfor.The invention is not limited to the embodiment described above.

Man kan således forestille sig en anden fordeling af lederørene 32 5 og 33, der modtager kontrolstangen og spekterændringsstangen, i hvert af elementerne 30. Man kan ligeledes forestille sig en anden fordeling af de elementer, der modtager kontrolstængerne og spekterændringsstængerne.Thus, one can imagine a different distribution of the conductor tubes 32 5 and 33 receiving the control rod and the spectrum change rod, in each of the elements 30. One can also imagine a different distribution of the elements receiving the control bars and the spectrum change bars.

Man kan ligeledes forestille sig konfigurationer, hvor disse to typer stænger ikke er knyttet til de samme elementer i kernen. Man kan li-10 geledes forestille sig knipper, der danner kontrol- og spektervariationsstænger og som omfatter et andet antal absorberende stave.One can also imagine configurations where these two types of rods are not linked to the same elements in the core. It is also possible to imagine clusters forming control and spectral variation bars and comprising a different number of absorbent rods.

Hvad angår spekterændringsstængerne kan man forestille sig anvendelse af absorberende materialer, der er forskellige fra svækket uran og som indeslutter eller ikke indeslutter fertilt materiale, der kan omdan-15 nes til fissilt materiale under påvirkningen af neutronbombardement.With respect to the spectrum change bars, one can envisage the use of absorbent materials different from attenuated uranium which contain or do not contain fertile material which can be converted into fissile material under the influence of neutron bombardment.

Man kan forestille sig indretninger af en hvilken som helst type, mekaniske, hydrauliske eller pneumatiske, til forskydningen af kontrolstængerne og til den fuldstændige indføring eller udtrækning af spekterændringsstængerne.Devices of any type, mechanical, hydraulic or pneumatic, can be envisaged for the displacement of the control rods and for the complete insertion or extraction of the spectrum change rods.

20 Opfindelsen finder anvendelse ved enhver kernereaktor, der køles og modereres med tryksat let vand og som indeholder lodret anbragte brændsel selementer, i hvis indre kontrol stænger forskydes lodret med henblik på at styre reaktoren.The invention is applicable to any nuclear reactor which is cooled and moderated with pressurized light water and which contains vertically disposed fuel elements in whose internal control rods are displaced vertically to control the reactor.

Claims

A nuclear reactor comprising a tank (1) containing a core (7) made up of side-by-side and vertically disposed fissile 5 fuel elements (6), which protrudes into pressurized light water constituting the reactor's moderator and cooling fluid, control rods (24) of material absorbing the neutrons, which control rods (24) are vertically displaceable in the core for regulating the power of the reactor, 10 and rods (27) for changing the energy spectrum of the neutrons associated with devices for vertical displacement, allowing them to be introduced completely at least in a portion of the core elements (6) or completely withdrawn to cause a change in the ratio of the moderator volume to the volume of fissile material in the nucleus (7) 15 and a displacement of the energy spectrum of the neutrons , wherein these rods (27) are distributed over the entire cross-section of the core, characterized in that it comprises a solid metal partition (18) of material which reflects the high-energy neutrons located at the periphery of the core (7) and over its entire height, and two layers of material (19 and 20) which absorb the low-energy neutrons and enclose fertile material, one of which is located at the lower part of the core (7) ) and the other at its upper part and both over the entire cross-section of the nucleus, and knowing that the 25 bars (27) for changing the energy spectrum of the neutrons are of a material that absorbs low energy neutrons.

A nuclear reactor according to claim 1, characterized in that the solid metal partition (18) arranged at the core periphery is of stainless steel.

A nuclear reactor according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the material layers (19 and 20) which absorb the neutrons and are located at the lower and upper parts of the nucleus are of uranium which is poor in uranium 35 235.

Nuclear reactor according to claim 3, characterized in that the layers (19 and 20) of attenuated uranium at the lower and upper parts of the core are formed by pellets of attenuated uranium which are placed in the casing pipes DK 169531 B1 for both their fuel rods. ends.

Nuclear reactor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the rods (27) for changing the spectrum of the neutrons are formed by bundles of rods arranged so as to penetrate over their entire height a part (33) of the conductor tubes of the elements (6), each spectrum changing rod being associated with a separate element (6).

A nuclear reactor according to claim 5, characterized in that the spectrum change bars (27) are attached to each other element (6) in the core after a tern distribution over the cross-section of the core (7).

7. A nuclear reactor according to claim 6, characterized in that each of the elements to which a spectral change rod (27) is attached is also associated with a control rod (24) containing rods of absorbent material and which penetrate all the conductor tubes. (32) in the element not occupied by the spectrum change bar (27), where all the other elements (6) in the core receive neither spectrum change bar (27) nor control rod (24). 20

A nuclear reactor as claimed in claim 7, characterized in that the control rod (24) and the spectrum change rod (27) associated with one and the same element (6) are connected to a common displacement mechanism.

A nuclear reactor according to any one of the preceding claims, characterized in that at least some of the bars (27) for variation of the energy spectrum comprise a fertile material.

A nuclear reactor according to any one of the preceding claims,

30 NET knows that the bars (27) for variation of the energy spectrum selectively absorb slow neutrons. 35