EA023549B1 - Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor - Google Patents

Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor Download PDF

Info

Publication number
EA023549B1
EA023549B1 EA201301253A EA201301253A EA023549B1 EA 023549 B1 EA023549 B1 EA 023549B1 EA 201301253 A EA201301253 A EA 201301253A EA 201301253 A EA201301253 A EA 201301253A EA 023549 B1 EA023549 B1 EA 023549B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
fuel
uranium
fuel cell
plutonium
light
Prior art date
Application number
EA201301253A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA023549B9 (en
EA201301253A1 (en
Inventor
Сергей Михайлович БАШКИРЦЕВ
Валентин Федорович КУЗНЕЦОВ
Валерий Владимирович КЕВРОЛЕВ
Алексей Глебович МОРОЗОВ
Original Assignee
Ториум Пауэр Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ториум Пауэр Инк. filed Critical Ториум Пауэр Инк.
Priority to EA201301253A priority Critical patent/EA023549B9/en
Publication of EA201301253A1 publication Critical patent/EA201301253A1/en
Publication of EA023549B1 publication Critical patent/EA023549B1/en
Publication of EA023549B9 publication Critical patent/EA023549B9/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

The invention relates to fuel elements used in fuel assemblies for light-water reactors of PWR type (e.g., AP-1000, EPR, etc.). The fuel element of the fuel assembly for a light-water nuclear reactor comprises a kernel containing enriched uranium and plutonium, and surrounding cladding. The named fuel element has a four-leafed profile, the leaves of which form screw spacing ribs, the pitch of axial coiling of the screw spacing ribs being between 5 and 30% of the fuel element length. Such configuration of the fuel element allows its installation in a seed cluster of the fuel assembly which, on the one hand, generates a significant part of its power in the breeding blanket using thorium as fuel and does not produce any wastes that are proliferative materials, and, on the other hand, can be mounted in the existing light-water reactor of PWR type (e.g., AP-1000, EPR, etc.) without any significant modification.

Description

Изобретение относится к легководным ядерным реакторам, в частности к конструкциям топливных элементов в тепловыделяющих сборках.The invention relates to light-water nuclear reactors, in particular to designs of fuel cells in fuel assemblies.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Все имеющиеся в настоящее время ядерные реакторы создают большое количество материала, который принято называть реакторным плутонием. Например, обычный реактор на 1000 МВт создает порядка 200-300 кг в год реакторного плутония, который может быть пригоден для изготовления ядерного оружия. Таким образом, топливо, выгруженное из активной зоны обычных реакторов, является сильно размножающимся материалом, и требуются меры предосторожности для того, чтобы выгруженное топливо не попало в руки тех лиц, которые не имеют права им владеть. Сходная проблема безопасности существует также в связи с огромными запасами оружейного плутония, которые созданы в США и в странах бывшего СССР при демонтаже ядерного оружия.All currently available nuclear reactors create a large amount of material, which is commonly called reactor plutonium. For example, a conventional 1000 MW reactor produces about 200-300 kg per year of reactor-grade plutonium, which may be suitable for the manufacture of nuclear weapons. Thus, fuel discharged from the core of conventional reactors is highly proliferating material, and precautions are required to ensure that the discharged fuel does not fall into the hands of those who do not have the right to own it. A similar security problem also exists in connection with the huge stockpiles of weapons-grade plutonium that were created in the United States and in the countries of the former USSR during the dismantling of nuclear weapons.

Другая проблема, связанная с работой обычных ядерных реакторов, связана с постоянной необходимостью захоронения долгоживущих радиоактивных отходов, а также с быстрым истощением мировых ресурсов природного уранового сырья.Another problem associated with the operation of conventional nuclear reactors is the constant need for the disposal of long-lived radioactive waste, as well as the rapid depletion of world resources of natural uranium raw materials.

Для решения вышеупомянутых проблем в последнее время были сделаны попытки создать ядерные реакторы, которые работают на относительно небольших количествах непролиферативного обогащенного урана (обогащенный уран имеет содержание И-235 20% или менее) и не вырабатывают значительных количеств размножающихся материалов, таких как плутоний. Примеры таких реакторов раскрыты в международных заявках \УО 85/01826 и \УО 93/16477, в которых представлены реакторы с двойной активной зоной, содержащей запальную зону и зону воспроизводства, которые получают значительный процент своей мощности из зон воспроизводства с торием в качестве топлива. Зоны воспроизводства окружают по кругу запальную зону, в которой находятся топливные стержни из непролиферативного обогащенного урана. Уран в топливных стержнях запальной зоны выделяет нейтроны, которые захватываются торием в зонах воспроизводства, благодаря чему создается способный к ядерному делению И-233, который сгорает на месте и выделяет тепло для силовой установки реактора.To solve the above problems, recent attempts have been made to create nuclear reactors that operate on relatively small amounts of non-proliferative enriched uranium (enriched uranium has an I-235 content of 20% or less) and does not produce significant amounts of propagating materials, such as plutonium. Examples of such reactors are disclosed in international applications \ UO 85/01826 and \ UO 93/16477, which show reactors with a double core containing an ignition zone and a reproduction zone, which receive a significant percentage of their power from reproduction zones with thorium as fuel. Reproduction zones surround the ignition zone in a circle in which fuel rods from non-proliferative enriched uranium are located. Uranium in the fuel rods of the ignition zone emits neutrons that are captured by thorium in the reproduction zones, which creates the nuclear fission capable I-233, which burns in place and generates heat for the reactor power plant.

Использование тория в качестве топлива для ядерного реактора является привлекательным, поскольку запасы тория в мире значительно превосходят запасы урана. Кроме того, оба указанных выше реактора являются непролиферативными в том смысле, что ни исходное загружаемое топливо, ни топливо, выгружаемое в конце каждого топливного цикла, не подходят для производства ядерного оружия. Это достигается за счет того, что применяется только непролиферативный обогащенный уран в качестве топлива запальной зоны, причем выбираются отношения объемов замедлитель/топливо, которые сводят к минимуму образование плутония, и добавляется небольшое количество непролиферативного обогащенного урана в зону воспроизводства, в которой компонента И-238 однородно смешивается с остающимся в конце цикла воспроизводства И-233 и денатурирует (изменяет естественные свойства) И-233, вследствие этого он становится непригодным для изготовления ядерного оружия.The use of thorium as a fuel for a nuclear reactor is attractive because the world's thorium reserves far exceed uranium reserves. In addition, both of the aforementioned reactors are non-proliferative in the sense that neither the initial feed fuel nor the fuel discharged at the end of each fuel cycle is suitable for the production of nuclear weapons. This is achieved due to the fact that only non-proliferative enriched uranium is used as fuel in the firing zone, and moderator / fuel ratios are selected that minimize plutonium formation, and a small amount of non-proliferative enriched uranium is added to the reproduction zone in which the I-238 component homogeneously mixes with I-233 remaining at the end of the reproduction cycle and denaturing (changes the natural properties) of I-233, as a result of which it becomes unsuitable for the manufacture of nuclei weapons.

К сожалению, ни одна из указанных выше конструкций реактора не является истинно непролиферативной. В частности обнаружено, что обе эти конструкции приводят к уровню образования пролиферативного плутония в запальной зоне, превышающему минимально возможный уровень. Использование круговой запальной зоны с внутренней или центральной зоной воспроизводства и внешней окружающей зоной воспроизводства не может обеспечить работу реактора как непролиферативного реактора, поскольку тонкая круговая запальная зона имеет соответственно небольшую оптическую толщину, которая приводит к тому, что спектр (нейтронов) запальной зоны будет доминировать над значительно более жестким спектром внутренней и внешней зон воспроизводства. Это приводит к возникновению в запальной зоне большей доли надтепловых нейтронов и большему, чем минимальное количество, производству размножающегося плутония.Unfortunately, none of the above reactor designs is truly non-proliferative. In particular, it was found that both of these structures lead to the formation level of proliferative plutonium in the ignition zone, exceeding the minimum possible level. The use of a circular ignition zone with an internal or central reproduction zone and an external surrounding reproduction zone cannot ensure the operation of the reactor as a non-proliferative reactor, since the thin circular ignition zone has a correspondingly small optical thickness, which leads to the fact that the spectrum of (neutrons) of the ignition zone will dominate over significantly more stringent range of internal and external zones of reproduction. This leads to the appearance in the ignition zone of a larger proportion of suprathermal neutrons and a greater than minimum amount of production of multiplying plutonium.

Обе эти предыдущие конструкции реактора, кроме того, не оптимизированы, исходя из стандартной точки рабочих параметров. Например, отношения объемов замедлитель/топливо в запальной зоне и зонах воспроизводства особенно критичны для получения в запальной зоне минимального количества плутония, для того чтобы из топливных стержней запальной зоны выделялось адекватное количество тепла и обеспечивалось оптимальное преобразование тория в И-233 в зоне воспроизводства. Исследования показали, что предпочтительные значения отношения замедлитель/топливо, указанные в этих международных заявках, слишком высоки в запальных зонах и слишком низки в зонах воспроизводства.Both of these previous reactor designs are furthermore not optimized based on the standard point of operating parameters. For example, moderator / fuel volume ratios in the ignition zone and reproduction zones are especially critical for obtaining the minimum amount of plutonium in the ignition zone, so that an adequate amount of heat is released from the fuel rods of the ignition zone and the optimum conversion of thorium to I-233 in the reproduction zone is ensured. Studies have shown that the preferred moderator / fuel ratios indicated in these international applications are too high in the ignition zones and too low in the reproduction zones.

Предыдущие конструкции активной зоны реактора также не особенно эффективны при потреблении непролиферативного обогащенного урана в топливных элементах запальной зоны. В результате, топливные стержни, выгруженные в конце каждого цикла топлива запальной зоны, содержали так много оставшегося урана, что их требовалось перерабатывать для повторного использования в другой активной зоне реактора.The previous reactor core designs are also not particularly effective when non-proliferative enriched uranium is consumed in the fuel elements of the ignition zone. As a result, the fuel rods discharged at the end of each fuel cycle in the firing zone contained so much remaining uranium that they needed to be reprocessed for reuse in another reactor core.

Реактор, раскрытый в заявке \УО 93/16477, также требует сложной механической схемы управления реактором, которая делает неподходящим его для переоснащения им активной зоны обычного реактора. Аналогично, активная зона реактора, раскрытого в заявке \УО 85/01826, не может быть легко перенесена в обычную активную зону, поскольку ее конструктивные параметры не совместимы с параметрамиThe reactor disclosed in the application \ UO 93/16477 also requires a complex mechanical control circuit of the reactor, which makes it unsuitable for re-equipping it with the active zone of a conventional reactor. Similarly, the reactor core disclosed in the application \ UO 85/01826 cannot be easily transferred to the conventional core, since its design parameters are not compatible with the parameters

- 1 023549 обычной активной зоны.- 1,023,549 conventional core.

И наконец, обе предыдущие конструкции реакторов были сконструированы специально для сжигания непролиферативного обогащенного урана с торием и они не подходят для потребления большого количества плутония. Следовательно, ни одна из этих конструкций не обеспечивает решение проблемы по хранящемуся накопленному плутонию.Finally, both previous reactor designs were specifically designed to burn non-proliferative enriched uranium with thorium and are not suitable for consuming large amounts of plutonium. Therefore, none of these designs provides a solution to the problem of stored accumulated plutonium.

Известен реактор по патенту КИ 2176826 с активной зоной, включающей множество запально-воспроизводящих модулей, каждый из которых содержит центральную запальную зону, причем запальная зона включает топливные элементы запальной зоны, выполненные из материала, способного к ядерному делению, содержащего уран-235 и уран-238, круговую зону воспроизводства, окружающую запальную зону и включающую топливные элементы зоны воспроизводства, содержащие преимущественно торий и 10% по объему или менее обогащенного урана, замедлитель в запальной зоне, причем отношение объемов замедлителя к топливу находится в диапазоне значений от 2,5 до 5,0, и замедлитель в зоне воспроизводства, причем отношение замедлителя к топливу находится в диапазоне значений 1,5-2,0. При этом каждый из топливных элементов запальной зоны состоит из уран-циркониевого (И-Ζτ) сплава, а запальная зона составляет 25-40% от общего объема каждого запально-воспроизводящего модуля.Known reactor according to patent KI 2176826 with an active zone, including many ignition-reproducing modules, each of which contains a central ignition zone, and the ignition zone includes fuel elements of the ignition zone made of nuclear fissionable material containing uranium-235 and uranium 238, a circular reproduction zone surrounding the ignition zone and including fuel elements of the reproduction zone, containing mainly thorium and 10% by volume or less enriched uranium, a moderator in the ignition zone, and m the ratio of the amounts of moderator to fuel is in the range of values from 2.5 to 5.0, and the moderator in the reproduction zone, and the ratio of moderator to fuel is in the range of 1.5-2.0. Moreover, each of the fuel elements of the ignition zone consists of a uranium-zirconium (I-Ζτ) alloy, and the ignition zone is 25–40% of the total volume of each ignition-reproducing module.

Известный реактор обеспечивает оптимальную работу с точки зрения экономичности и не является пролиферативным. Этот реактор может быть использован для потребления больших количеств плутония с торием, не создавая при этом отходов, являющихся пролиферативными материалами. При этом данный реактор производит значительно меньшие количества высокорадиоактивных отходов, вследствие чего значительно уменьшаются потребности в местах длительного хранения отходов.The known reactor provides optimal operation in terms of efficiency and is not proliferative. This reactor can be used to consume large quantities of plutonium with thorium, without creating waste, which is proliferative materials. At the same time, this reactor produces significantly smaller amounts of highly radioactive waste, which significantly reduces the need for long-term storage of waste.

Однако используемые в данном реакторе запально-воспроизводящие модули не приспособлены для использования их в существующих легководных реакторах указанного выше типа Р\УР (например, АР-1000, ЕРК и т.д.).However, the ignition-reproducing modules used in this reactor are not suitable for use in existing light-water reactors of the above type P \ UR (for example, AP-1000, EPK, etc.).

Из описания к патенту КИ 2222837 известна топливная сборка легководного реактора, аналогичного описанному выше реактору, которая имеет, в частности, квадратную форму поперечного сечения, что позволяет установить указанную топливную сборку из запально-воспроизводящих модулей в обычный легководный реактор.From the description of patent KI 2222837, a fuel assembly of a light-water reactor similar to that described above is known, which has, in particular, a square cross-sectional shape, which makes it possible to install said fuel assembly from ignition-reproducing modules into a conventional light-water reactor.

Однако кроме указания на форму поперечного сечения сборки, в описании к указанному выше патенту не содержится информации о конструктивном выполнении сборки, позволяющим установить ее в существующий легководный реактор типа Р\УР (например, АР-1000, ЕРК и т.д.) без внесения какихлибо изменений в конструкцию реактора.However, in addition to indicating the cross-sectional shape of the assembly, the description of the above patent does not contain information on the structural design of the assembly, allowing it to be installed in an existing P \ UR light-water reactor (for example, AP-1000, EPK, etc.) without making any changes to the design of the reactor.

Известна топливная сборка легководного реактора по патенту КЛ 2294570, содержащая пучок тепловыделяющих элементов и направляющих каналов, размещенных в дистанционирующих решетках, хвостовик и головку, причем дистанционирующие решетки соединены между собой и с хвостовиком элементами, расположенными по длине тепловыделяющей сборки, а головка состоит из соединенных верхней и нижней плит, обечайки, расположенной между упомянутыми плитами, и пружинного блока, при этом обечайка головки снабжена наружными ребрами, соединенными между собой по выступающим частям ободом и по нижним частям - перфорированными пластинами.Known fuel assembly of a light-water reactor according to patent KL 2294570, containing a bunch of fuel elements and guide channels placed in the spacer grids, a shank and a head, the spacer grids being connected to each other and with the shank with elements located along the length of the fuel assembly, and the head consists of a connected upper and the lower plates, the shell located between the said plates, and the spring block, while the shell of the head is equipped with external ribs interconnected by The protruding parts of the rim and the lower parts - perforated plates.

Известная топливная сборка относится к конструкциям бесчехловых тепловыделяющих сборок, из которых сформированы активные зоны водо-водяных энергетических реакторов типа ВВЭР-1000, и обладает повышенными эксплуатационными качествами за счет повышенной жесткости, уменьшенной длины головки и увеличенного свободного пространства между пучком тепловыделяющих элементов и головкой с одновременным увеличением длины тепловыделяющих элементов. Это позволяет увеличить загрузку в топливную сборку топлива с большей глубиной выгорания и тем самым увеличить мощность активной зоны реактора, а также продолжительность эксплуатации тепловыделяющей сборки.The well-known fuel assembly relates to the construction of caseless heat-generating assemblies, from which the active zones of water-cooled power reactors of the WWER-1000 type are formed, and has improved performance due to increased stiffness, reduced head length and increased free space between the beam of fuel elements and the head with simultaneous increasing the length of the fuel elements. This allows you to increase the load in the fuel assembly of fuel with a greater burnup depth and thereby increase the power of the reactor core, as well as the duration of operation of the fuel assembly.

Однако в этой сборке все тепловыделяющие элементы выполнены из традиционно используемого в легководных реакторах делящегося материала, следовательно, реактору с такими сборками присущ описанный выше недостаток - создание большого количества реакторного плутония. Кроме того, данная сборка приспособлена для реакторов типа ВВЭР-1000, т.е. имеет шестиугольную форму поперечного сечения, что не соответствует форме топливных сборок, используемых в реакторах типа Р\УР (например, АР-1000, ЕРК и т.д.).However, in this assembly all the fuel elements are made of fissile material traditionally used in light-water reactors; therefore, a reactor with such assemblies has the drawback described above - the creation of a large amount of reactor plutonium. In addition, this assembly is adapted for VVER-1000 reactors, i.e. has a hexagonal cross-sectional shape, which does not correspond to the shape of the fuel assemblies used in P \ UR reactors (for example, AP-1000, EPK, etc.).

Известен топливный элемент по патенту КЛ 2170956, состоящий из оболочки с торцевыми заглушками и сердечника в виде частиц ядерного топлива, распределенных в контактном материале. Внутри оболочки соосно с ней на всю длину активной части топливного элемента размещен вытеснитель, выполненный в виде стержня из конструкционного материала, применяемого в активных зонах ядерных реакторов, и имеющий площадь поперечного сечения в диапазоне от 0,3 до 0,8 от площади внутреннего поперечного сечения топливного элемента, а частицы ядерного топлива выполнены в виде гранул с пористостью от 2 до 30%. Оболочка может иметь четырехлопастной профиль. При этом оболочка скручена относительно продольной оси с постоянным шагом. В качестве материала оболочки могут быть использованы нержавеющие стали, сплавы никеля, сплавы хрома, а в качестве материала вытеснителя - нержавеющие стали, сплавы циркония.Known fuel cell according to patent KL 2170956, consisting of a shell with end caps and a core in the form of nuclear fuel particles distributed in the contact material. Inside the shell coaxially with it for the entire length of the active part of the fuel cell there is a displacer made in the form of a rod of structural material used in the active zones of nuclear reactors and having a cross-sectional area in the range from 0.3 to 0.8 of the internal cross-sectional area fuel cell, and nuclear fuel particles are made in the form of granules with porosity from 2 to 30%. The shell may have a four-blade profile. In this case, the shell is twisted relative to the longitudinal axis with a constant pitch. Stainless steel, nickel alloys, chromium alloys can be used as the sheath material, and stainless steels, zirconium alloys can be used as the displacer material.

Однако в известном топливном элементе не определен шаг винтовой линии ребер, который обеспе- 2 023549 чил бы возможность этим ребрам выполнять функцию дистанционирующих элементов при установке пучка таких топливных элементов в топливную сборку, которая соответствовала бы форме топливных сборок, используемых в реакторах типа Р\УР (например, АР-1000, ЕРК и т.д.).However, in the known fuel cell, the pitch of the helix of the ribs is not defined, which would enable these ribs to function as spacing elements when installing a bundle of such fuel cells in a fuel assembly that would correspond to the shape of the fuel assemblies used in P \ UR reactors (e.g. AR-1000, EPK, etc.).

Задачей изобретения является создание топливного элемента, который может быть установлен в запальный модуль топливной сборки, которая, с одной стороны, вырабатывает значительную часть своей мощности в зоне воспроизводства с торием в качестве топлива и не создает при ее использовании отходов, являющихся пролиферативными материалами, а с другой стороны, может быть установлена в существующий легководный реактор типа Р\УР (например, АР-1000, ЕРК и т.д.) без необходимости его существенной модификации.The objective of the invention is the creation of a fuel cell that can be installed in the ignition module of the fuel assembly, which, on the one hand, generates a significant part of its capacity in the reproduction zone with thorium as fuel and does not create waste using it as proliferative materials, but with on the other hand, it can be installed in an existing light-water reactor of the P \ UR type (for example, AR-1000, EPK, etc.) without the need for its substantial modification.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Указанная задача решается тем, что топливный элемент топливной сборки ядерного реактора содержит сердечник, включающий обогащенный уран или плутоний и охватывающую его оболочку, и имеет четырехлепестковый профиль, лепестки которого образуют винтовые дистанционирующие ребра, причем шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер составляет от 5 до 30% длины топливного элемента.This problem is solved in that the fuel element of the fuel assembly of a nuclear reactor contains a core including enriched uranium or plutonium and its envelope, and has a four-petal profile, the petals of which form screw spacing ribs, and the pitch of the axial curling of screw spacer ribs is from 5 to 30% fuel cell length.

Предпочтительно оболочка выполнена из циркониевого сплава, а вдоль продольной оси сердечника расположен вытеснитель, имеющий в поперечном сечении практически квадратную форму.Preferably, the shell is made of a zirconium alloy, and a displacer having a substantially square cross section is located along the longitudinal axis of the core.

Вытеснитель выполнен из циркония или его сплава, а сердечник - из уран-циркониевого (И-Ζγ) сплава с объемным содержанием урана до 30%, при этом уран обогащен до 20% по изотопу урана-235.The displacer is made of zirconium or its alloy, and the core is made of uranium-zirconium (I--γ) alloy with a volume content of uranium of up to 30%, while uranium is enriched up to 20% by uranium-235 isotope.

Сердечник также может быть выполнен из плутоний-циркониевого (Ри-Ζγ) сплава с объемным содержанием энергетического плутония до 30%.The core can also be made of plutonium-zirconium (Pu-Ζγ) alloy with a volumetric content of energy plutonium up to 30%.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из дальнейшего описания предпочтительного варианта его осуществления со ссылкой на чертежи.Features and advantages of the present invention will be apparent from the further description of a preferred embodiment with reference to the drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показан один из возможных вариантов выполнения топливной сборки с топливными элементами согласно изобретению;In FIG. 1 shows one possible embodiment of a fuel assembly with fuel cells according to the invention;

на фиг. 2 схематично изображено поперечное сечение топливной сборки, показанной на фиг. 1; на фиг. 3 схематично изображен фрагмент топливного элемента согласно изобретению, вид в перспективе;in FIG. 2 schematically shows a cross section of the fuel assembly shown in FIG. one; in FIG. 3 is a schematic perspective view of a fragment of a fuel cell according to the invention;

на фиг. 4 - поперечное сечение топливного элемента, показанного на фиг. 3.in FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuel cell shown in FIG. 3.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

На фиг. 1 показана топливная сборка, обозначенная общей позицией 1. Топливная сборка 1 содержит запальный модуль 2, воспроизводящий модуль 3, головку 4, хвостовик 5 запального модуля и хвостовик 6 воспроизводящего модуля. Как показано на фиг. 2, запальный модуль 2 содержит пучок топливных элементов 7, а воспроизводящий модуль 3 - пучок топливных элементов 8. Каждый из топливных элементов 7 запального модуля 2 имеет четырехлепестковый профиль, образующий по длине топливного элемента винтовые дистанционирующие ребра 9 (фиг. 3). Кроме того, каждый из указанных топливных элементов 7 содержит сердечник 10 (фиг. 4), включающий в себя обогащенный уран или плутоний, и охватывающую его оболочку 11 из циркониевого сплава. Внутри сердечника 10 расположен вытеснитель 12. Все топливные элементы 7 имеют контакт с каждым соседним топливным элементом 7 в точках касания винтовых дистанционирующих ребер 9. Точки касания винтовых дистанционирующих ребер 9 отстоят друг от друга в осевом направлении на расстоянии, равном 25% от величины шага винтовой линии. Преимущественно сердечник 10 выполнен из уран-циркониевого (И-Ζγ) сплава, причем объемное содержание урана в топливной композиции составляет до 30% при обогащении по изотопу урана-235 до 20% или из плутоний-циркониевого (Ри-Ζγ) сплава с объемным содержанием плутония до 30%. Вытеснитель 12, расположенный вдоль продольной оси сердечника 10, в поперечном сечении имеет практически квадратную форму. Шаг винтовой линии винтовых дистанционирующих ребер 9 составляет от 5 до 30% длины топливного элемента.In FIG. 1 shows the fuel assembly, indicated by the general reference number 1. The fuel assembly 1 comprises an ignition module 2, a reproducing module 3, a head 4, a shank 5 of the ignition module and a shank 6 of the reproducing module. As shown in FIG. 2, the ignition module 2 contains a bundle of fuel cells 7, and the reproducing module 3 contains a bundle of fuel cells 8. Each of the fuel cells 7 of the ignition module 2 has a four-leaf profile forming screw spacing ribs 9 along the length of the fuel cell (Fig. 3). In addition, each of these fuel cells 7 contains a core 10 (Fig. 4), including enriched uranium or plutonium, and a zirconium alloy shell 11 surrounding it. A displacer 12 is located inside the core 10. All fuel elements 7 are in contact with each adjacent fuel element 7 at the touch points of the screw spacer ribs 9. The touch points of the screw spacer ribs 9 are axially spaced apart by 25% of the screw pitch lines. Mostly the core 10 is made of a uranium-zirconium (I-Ζγ) alloy, and the volume content of uranium in the fuel composition is up to 30% when enriched in the uranium-235 isotope to 20% or from plutonium-zirconium (Pu-Ζγ) alloy with a volume content plutonium up to 30%. The displacer 12, located along the longitudinal axis of the core 10, has a practically square cross section. The pitch of the helical line of the screw spacing ribs 9 is from 5 to 30% of the length of the fuel cell.

Каждый из топливных элементов 8 (фиг. 1, 2) имеет в плане круглую форму и выполнен из тория с добавлением обогащенного урана. Топливные элементы 7 и 8 в поперечном сечении расположены по рядам и столбцам квадратной координатной сетки так, что вся топливная сборка 1 имеет в плане форму квадрата. В частности, топливные элементы 7 запального модуля расположены по рядам и столбцам квадратной координатной сетки из 13 рядов и 13 столбцов, а топливные элементы воспроизводящего модуля 8 расположены в двух крайних рядах и столбцах квадратной координатной сетки из 19 рядов и 19 столбцов.Each of the fuel cells 8 (Fig. 1, 2) has a circular shape in plan and is made of thorium with the addition of enriched uranium. The fuel cells 7 and 8 in cross section are arranged in rows and columns of a square grid so that the entire fuel assembly 1 has a square shape in plan. In particular, the fuel elements 7 of the ignition module are arranged in rows and columns of a square coordinate grid of 13 rows and 13 columns, and the fuel elements of the reproducing module 8 are located in two extreme rows and columns of a square coordinate grid of 19 rows and 19 columns.

Профили каждого топливного элемента 7 имеют одинаковый диаметр описанной окружности (фиг. 4), составляющий, например, 12,6 мм. Количество топливных элементов 7 составляет 144 штуки. Топливные элементы 8 имеют одинаковый диаметр, составляющий, например, 8,6 мм, и расположены по сторонам квадрата в двух рядах и столбцах квадратной координатной сетки. Количество топливных элементов 8 составляет 132 штуки.The profiles of each fuel element 7 have the same diameter of the circumscribed circle (FIG. 4), for example, 12.6 mm. The number of fuel cells 7 is 144 pieces. Fuel elements 8 have the same diameter, for example, of 8.6 mm, and are located on the sides of the square in two rows and columns of the square grid. The number of fuel cells 8 is 132 pieces.

В центре запального модуля 2 расположена трубка 13, образующая направляющий канал для размещения в нем средств контроля. В пределах запального модуля 2 расположены направляющие каналыIn the center of the ignition module 2, a tube 13 is located, forming a guide channel for placement of control means in it. Guide channels are located within the firing module 2

- 3 023549 для введения поглощающих стержней и стержней аварийной защиты, установленные в головке 4 с возможностью осевого смещения и связанные с хвостовиком 5 запального модуля 2 и хвостовиком 6 воспроизводящего модуля 3.- 3 023549 for introducing absorbing rods and emergency protection rods installed in the head 4 with the possibility of axial displacement and connected with the shank 5 of the ignition module 2 and the shank 6 of the reproducing module 3.

Пучок топливных элементов 7 запального модуля 2 окружен кожухом 17, закрепленным в хвостовике 5. Нижние концевые участки топливных элементов 7 запального модуля 2 установлены в опорной решетке 18, а верхние их концевые участки - в направляющей решетке 19 (фиг. 1). Топливный элемент 7 запального модуля 2 может быть изготовлен методом совместного прессования (выдавливания через матрицу) в виде единой сборочной единицы. Шаг винтовой линии винтовых дистанционирующих ребер 9 выбран из условия взаимного расположения осей смежных топливных элементов 7 на расстоянии, равном диаметру описанной окружности в поперечном сечении топливного элемента, и составляет от 5 до 30% длины топливного элемента.The fuel element bundle 7 of the ignition module 2 is surrounded by a casing 17 fixed in the shank 5. The lower end sections of the fuel elements 7 of the ignition module 2 are installed in the support grid 18, and their upper end sections are in the guide grid 19 (Fig. 1). The fuel element 7 of the ignition module 2 can be manufactured by the method of joint pressing (extrusion through the matrix) in the form of a single assembly unit. The pitch of the screw line of the screw spacer ribs 9 is selected from the condition of the relative position of the axes of the adjacent fuel elements 7 at a distance equal to the diameter of the circumscribed circle in the cross section of the fuel element and ranges from 5 to 30% of the length of the fuel element.

Такое выполнение топливного элемента позволяет использовать его в запальном модуле топливной сборки, которая может быть установлена в существующий легководный реактор типа Р^К (например, АР-1000, ЕРК и т.д.) без необходимости его существенной модификации.This embodiment of the fuel cell allows it to be used in the ignition module of the fuel assembly, which can be installed in an existing P ^ K light water reactor (for example, AP-1000, EPK, etc.) without the need for significant modification.

Claims (6)

1. Топливный элемент топливной сборки легководного ядерного реактора, содержащий сердечник, включающий в себя обогащенный уран или плутоний, и охватывающую его оболочку, при этом указанный топливный элемент имеет четырехлепестковый профиль, лепестки которого образуют винтовые дистанционирующие ребра, причем шаг аксиальной завивки винтовых дистанционирующих ребер составляет от 5 до 30% длины топливного элемента.1. A fuel cell of a fuel assembly of a light-water nuclear reactor comprising a core including enriched uranium or plutonium and a shell surrounding it, said fuel cell having a four-petal profile, the petals of which form screw spacing ribs, wherein the pitch of the axial curl of the spacer ribs is from 5 to 30% of the length of the fuel cell. 2. Топливный элемент по п.1, в котором оболочка выполнена из циркониевого сплава.2. The fuel cell according to claim 1, in which the shell is made of zirconium alloy. 3. Топливный элемент по п.1, содержащий вытеснитель, расположенный вдоль продольной оси сердечника и имеющий в поперечном сечении практически квадратную форму.3. The fuel cell according to claim 1, containing a propellant located along the longitudinal axis of the core and having an almost square shape in cross section. 4. Топливный элемент по п.2, в котором вытеснитель выполнен из циркония или его сплава.4. The fuel cell according to claim 2, in which the displacer is made of zirconium or its alloy. 5. Топливный элемент по п.1, в котором сердечник выполнен из уран-циркониевого (И-Ζγ) сплава с объемным содержанием урана до 30%, при этом уран обогащен до 20% по изотопу урана-235.5. The fuel cell according to claim 1, in which the core is made of uranium-zirconium (I-Ζγ) alloy with a volume content of uranium of up to 30%, while uranium is enriched up to 20% in the isotope of uranium-235. 6. Топливный элемент по п.1, характеризующийся тем, что сердечник выполнен из плутонийциркониевого (Ри-Ζγ) сплава с объемным содержанием энергетического плутония до 30%.6. The fuel cell according to claim 1, characterized in that the core is made of plutonium zirconium (Pu-Ζγ) alloy with a volume content of energy plutonium up to 30%.
EA201301253A 2008-12-25 2008-12-25 Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor EA023549B9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201301253A EA023549B9 (en) 2008-12-25 2008-12-25 Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201301253A EA023549B9 (en) 2008-12-25 2008-12-25 Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EA201301253A1 EA201301253A1 (en) 2014-03-31
EA023549B1 true EA023549B1 (en) 2016-06-30
EA023549B9 EA023549B9 (en) 2016-07-29

Family

ID=50386655

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201301253A EA023549B9 (en) 2008-12-25 2008-12-25 Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA023549B9 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB920343A (en) * 1959-04-30 1963-03-06 Babcock & Wilcox Co Improvements in or relating to fuel element assembly for nuclear reactors
RU2170956C1 (en) * 2000-07-31 2001-07-20 Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Nuclear reactor fuel element
RU2176826C2 (en) * 1994-08-16 2001-12-10 Радковски Ториум Пауэр Корпорейшн Nuclear reactor (versions), reactor core operation process (versions), and reactor core (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB920343A (en) * 1959-04-30 1963-03-06 Babcock & Wilcox Co Improvements in or relating to fuel element assembly for nuclear reactors
RU2176826C2 (en) * 1994-08-16 2001-12-10 Радковски Ториум Пауэр Корпорейшн Nuclear reactor (versions), reactor core operation process (versions), and reactor core (versions)
RU2222837C2 (en) * 1994-08-16 2004-01-27 Радковски Ториум Пауэр Корпорейшн Fuel assembly of seed-blanket modules for nuclear reactor (alternatives)
RU2170956C1 (en) * 2000-07-31 2001-07-20 Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара Nuclear reactor fuel element

Also Published As

Publication number Publication date
EA023549B9 (en) 2016-07-29
EA201301253A1 (en) 2014-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5755568B2 (en) Light water reactor nuclear fuel assembly and light water reactor
KR101515116B1 (en) Nuclear reactor(variants), fuel assembly consisting of driver-breeding modules for a nuclear reactor(variants) and a fuel cell for a fuel assembly
EP1085525B1 (en) Light water reactor core and fuel assembly
JPH058797B2 (en)
RU2428756C1 (en) Coverless fuel assembly with hexagonal fuel grid of water-cooled power reactor (versions)
US5440598A (en) Fuel bundle design for enhanced usage of plutonium fuel
EA023549B1 (en) Fuel element of fuel assembly for light-water nuclear reactor
JPS6150093A (en) Spectrum shift type light-water reactor
RU6465U1 (en) FUEL ASSEMBLY
RU112483U1 (en) Nuclear reactor fuel rod
US20220406477A1 (en) Methods and devices to improve performances of rcca and cea to mitigate clad strain in the high fluence region
JP2610254B2 (en) Boiling water reactor
RU2428755C1 (en) Coverless fuel assembly with hexagonal fuel grid of water-cooled power reactor (versions)
JPS6055037B2 (en) fuel rod
JPS62259086A (en) Fuel aggregate
JP5921046B2 (en) FUEL ELEMENT, FUEL ASSEMBLY, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL ELEMENT
JPS62179690A (en) Nuclear reactor core
JP2000258574A (en) Fuel assembly
Song et al. TRU Transmutation Core Design of KALIMER-600

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Publication of the corrected specification to eurasian patent
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM